热力学基础华科版

第6章热力学第一定律§6.1-2

热学基础知识§6.3

热力学第一定律§6.4

热容量§6.5

热力学第一定律对理想气体的应用理想气体的绝热过程§6.6

循环过程卡诺循环BA§6.1

热学基础知识一、热力学第零定律温度CAC共同的平衡态——热平衡热交换

如果系统A和系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡，那么AB也必定处于热平衡。具有某种共同的宏观性质：温度温度计状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态

VPo等容过程等压过程循环过程二、状态图等值过程任一条曲线表示由一系列平衡态组成的准静态过程

——过程曲线等值过程P-V图，P-T图,T-V图等温过程摩擦功：电功：

做功：可以改变系统机械运动的状态三、功摩擦升温（机械功）、电加热（电功）

还能改变热运动状态、电磁运动状态变化1、无摩擦准静态过程的功dlpS当活塞缓慢移动一段微小位移dl时，气体对外做的微量功为

当系统经历一个有限的准静态过程，体积有V1变化到V2时，系统对外界做的总功为气体对外做功外界对系统做功体积功pV012V1V2p1p2pV012V1V2p1p2由积分的几何意义知，功的大小等于P—V图上过程曲线下的面积，与过程的路线有关，只知道初态和末态并不能确定功的大小，故此功是与过程有关的过程量。等容过程：等压过程：12Vp0等温过程：2、理想气体在几种等值过程的功3四、热量微小热量：>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。

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。——状态量理想气体内能只与温度有关：只与初、末态有关，与过程无关五、内能

物体分子的无规则热运动的能量总和在宏观上的表现就是物体的内能

对无限小过程§6.3

热力学第一定律

(Thefirstlawofthermodynamics)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A>0;系统从外界吸热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）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。一、热容量摩尔热容量：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6.4

热容量(Heatcapacity)单位：J/(mol·K)系统升高单位温度所需吸收的热量1、理想气体准静态等容过程二、理想气体热容的推导由热力学第一定律理想气体的内能PVP1P22、理想气体等压过程迈耶公式PVV1V2比热[容]比理想气体的热容绝热指数为什么等压摩尔热容大于等容摩尔热容？等压等容温度升高ΔT体积增大，对外做功体积不变，不做功吸热仅用于提高内能吸热即用于提高相同的内能，还要对外做功不同结构的理想气体注：实际气体的热容以及热容比都是温度的函数!单原子分子气体双原子分子气体多原子分子气体用γ值和实验比较，常温下符合很好，多原子分子气体则较差氢气T(K)2.53.54.5502705000三、热力学第一定律在等容、等压、等温过程中的应用

在此我们取密闭于汽缸中具有一定质量m的理想气体作为热力学系统来进行研究1、等容过程PVP1P2气体的体积不变，所以系统对外做功A=0由第一定律得气体吸收的热量全部用来增加气体的内能；反之，气体放出热量必等于气体内能的减少。由定容摩尔热容知2、等压过程PVV1V2当缸内气体吸热温度逐渐升高时，要保持压强不变，气体必膨胀做功，其功为由定压摩尔热容知，系统吸热为由热力学第一定律3、等温过程PVp1，V1p2，V2温度始终保持不变，所以内能不变由热力学第一定律知气体做功为吸热不一定会引起温度的升高例、一定量的氢气在保持压强为4×104Pa不变的情况下，温度由00C升高到500C时，吸收了6×104J的热量。求：1、氢气的量是多少摩尔？氢气内能变化了多少？氢气对外做了多少功？解（1）由等压过程得（2）内能变化等值过程等容过程等压过程等温过程=+00绝热过程0微分得：一、绝热过程在不与外界作热量交换的条件下，系统的状态变化过程叫做绝热过程。特征：§3.5

理想气体的绝热过程理想气体准静态绝热过程=0泊松公式Vp0ABCQT

绝热线与等温线的比较等温线的斜率绝热线的斜率绝热线较等温线陡些等温过程绝热过程体积压缩气体绝热自由膨胀气体真空非准静态过程热力学第一定律最终达到平衡态时始末状态满足并非等温过程等值过程等容过程等压过程等温过程=+00绝热过程0利用体积功循环为准静态过程，在状态图中对应闭合曲线3.6循环过程(Cyclicalprocess)

一系统（如热机中的工质），经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。VP︱A2︱abcdAA1abc过程：吸热Q1膨胀，系统对外做功A1cda过程：放热Q2压缩，外界对系统做功A2abcd循环过程的净功A=A1+A2ΔE=0>0正循环正循环——热机>0<0abcdVP正循环A>0热机的能流图热机的效率=1？根据热力学第一定律Q1-Q2=AVP求正循环的效率两等温过程+两等容过程VPA1abcdA<0︱A2︱adc过程：吸热Q2膨胀，系统对外做功A1cba过程：放热Q1压缩，外界对系统做功A2abcd循环过程的净功A=A1+A2<0逆循环逆循环——制冷机Q2-Q1=A<0>0制冷机的能流图制冷机的制冷系数例，空气标准奥托循环，有下列四步组成空气标准奥托循环（2）爆炸过程：等容吸热pVOabcdQ1Q2V2V1（1）绝热压缩过程（4）排气过程等体放热（3）做功过程：绝热膨胀T↑P↑P↑求这个理想循环的效率解：过程中，气体吸收的能量为过程中，气体放出的能量为循环效率为是绝热过程同理求这个理想循环的效率Q吸Q放pVOabcdV2V1所以代入上面的效率公式，可得定义压缩比为则由此可见空气标准奥托循环的效率决定于压缩比汽油内燃机的压缩比不能大于7，否则在温度升高时足以引起汽油蒸汽与空气的混合气体燃烧，设r=7实际上汽油机的效率只有25%1824年卡诺（法国工程师1796-1832）提出了一个能实体现热机循环基本特征的理想循环。后人称之为卡诺循环。理想气体的卡诺循环：12（等温膨胀）：34（等温压缩）：23（绝热膨胀）：41（绝热压缩）：§3.7卡诺循环

(Carnotcycle)两个等温过程+两个绝热过程PV12V1V23V34V4T1T2与温度为T1的高温恒温热源接触，T1不变，体积由V1膨胀到V2，从热源吸收热量为体积由V2变到V3，吸热为零体积由V3压缩到V4，向低温恒温热源放热为体积由V4变到V1，吸热为零。高温热源T1低温热源T2Q1Q2A一次循环中，气体对外作净功为效率绝热方程PV12V1V23V34V4T1T2(V2,T1)(V3,T2)(V1,T1)(V4,T2)12（绝热膨胀）：34（绝热压缩）：23（等温膨胀）：41（等温压缩）：§3.8逆向卡诺循环PV4V43V31V12V2T1T2与温度为T2的高温恒温热源接触，T2不变，体积由V2膨胀到V3，从热源吸收热量为体积由V1变到V2，吸热为零体积由V3压缩到V4，向低温恒温热源放热为体积由V3变到V4，吸热为