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文档简介
第六章热力学基础知识§6.1-2热力学基础知识概述(自学)理想气体状态方程M是气体的摩尔质量,m是气体的质量,R为普适气体常数系统、平衡态、理想气体例:推进活塞压缩汽缸内的气体时,气体的体积、密度、温度、压强都将变化,在过程中的任意时刻,气体各部分的密度、压强、温度都不完全相同。§6.3热力学第一定律当系统的状态随时间变化时,我们就说系统在经历一个热力学过程,简称过程。u
一个过程,如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态,则此过程为准静态过程。显然,这种过程只有在进行的“无限缓慢”的条件下才可能实现。一、准静态过程对于实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间△t
远远大于弛豫时间τ才可近似看作准静态过程。举例1:外界对系统做功u非平衡态到平衡态的过渡时间,
即弛豫时间,约10-3
秒,如果实际压缩一次所用时间为1秒,就可以说是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量△P
,就可以缓慢压缩。系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2从T1T2
是准静态过程系统温度T1
直接与热源T2接触,最终达到热平衡,不是准静态过程。因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态,故准静态过程可以用系统的状态图,如P-V图(或P-T图,V-T图)中一条曲线表示。
VPo等温过程等容过程等压过程循环过程举例2:系统(初始温度T1)从外界吸热T2摩擦功:电功:无摩擦准静态过程,其特点是没有摩擦力,外界在准静态过程中对系统的做功,可以用系统本身的状态参量来表示。二、做功可以改变系统的状态摩擦升温(机械功)、电加热(电功)V是系统体积系统体积由V1变为V2,系统对外界作总功为:1、无摩擦准静态过程的功:设气缸内的气体进行膨胀过程,当活塞移动微小位移dl
时,气体对外界所作的元功为(系统对外作功为正)abpV012功的数值不仅与初态和末态有关,而且还依赖于所经历的中间状态,功与过程的路径有关。功是过程量pep三、热量传递系统和外界温度不同,就会传热,或称能量交换,
热量传递也可以改变系统的状态。A等压
=p(V2-V1)A等容
=0等容过程:等压过程:等温过程:2、几种特殊热力学过程的功:231Vp0V1V2系统的内能是状态量,如:
P、V、T等量理想气体内能只与温度有关:只与初、末态有关,与过程无关。四、内能物体的分子的无规则运动能量的总和在宏观上是物体的内能。微小热量:>0表示系统从外界吸热;<0表示系统向外界放热。总热量:积分与过程有关。传热过程中所传递的能量的多少叫热量,以Q表示,热量传递的方向用Q的符号表示。对无限小过程:五、热力学第一定律某一过程,系统从外界吸热Q,对外界做功A,系统内能从初始态E1变为
E2,则由能量守恒:即:系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做的功之和。注意:系统对外界作功则A>0;系统从外界吸热则Q>0。适用范围:与过程是否准静态无关。即准静态过程和非静态过程均适用。但为便于实际计算,要求初、终态为平衡态。dE为全微分(E为内能状态函数);dQ与dA仅表示元过程中的无限小改变量,不是全微分(功,热均为在过程中传递的能量,即过程量)气体真空ABC1845年焦耳的气体绝热自由膨胀实验:实验结果表明:水温不变!一、理想气体的绝热自由膨胀气体的自由膨胀是绝热过程,即Q=0。气体不对外界作功,即A=0。对于该过程,由热力学第一定律,可知即:气体绝热自由膨胀过程是一个等内能过程。6.4理想气体的内能热容量说明:焦耳的结果只适用于理想气体。只有在实际气体密度趋于零的极限情形下,气体的内能才只是温度的函数而与体积无关。一般气体的内能与温度和体积都有关系。严格遵从气体状态方程pV=RT
和内能E=E(T)只是温度的单值函数的气体,称为理想气体。理想气体定义体积改变,压强改变,内能不变温度不变焦耳实验结果气体的内能只与温度有关。注意:因热量是过程量,故同一系统,在不同过程中的热容量有不同的值。二、热容量:系统升高单位温度所需吸收的热量。摩尔热容量:一摩尔物质升高单位温度所需吸收的热量。*定容摩尔热容量*定压摩尔热容量单位:J/(mol·K)内能是状态量,内能的改变由初末状态确定,与过程无关;并且,理想气体内能由温度确定。1、理想气体准
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