理想气体的绝热过程.ppt

1、一、绝热过程、系统不与外部交换热量的过程。 绝热过程中系统对外工作都是以系统内可以减少为代价的。绝热方程式、气体绝热自由膨胀、Q=0、W=0、e=0、4-5理想气体的绝热过程、绝热线与等温线相比，膨胀相同的体积绝热比等温压力降低得快，等温线、绝热线、绝热线比等温线陡峭。 物理意义(原因):对于相同的体积变化，等温膨胀过程中体系压力p的降低是由体系密度的减少所引起的，而在绝热膨胀过程中，系统压力的降低是由密度的减少和温度的降低所引起的。 因此，绝热过程中的压力变化比等温过程快。 膨胀相同的体积绝热比等温压力降低得快。 为什么？ 二、绝热方程式的导出(了解)，联立消去dT，例如：1mol单原子理想

2、气体，从状态a(p1，V1 )开始先从等压加热到体积倍增，然后从等容加热到压力倍增，最后经过绝热膨胀，将其温度降低到初期温度。 如图所示，(1)状态d的体积Vd； (2)全过程对外进行的工作；(3)全过程吸收的热量。 解： (1)根据题意，又根据物态方程式，绝热方程式，(2)求各过程的工作，(3)修正全过程吸收的总热量，有两种方法。 方法1 :全过程吸收的总热量等于各过程吸收的热量之和。 方法对abcd全过程应用热力学第一定律：例：某理想气体的p-V关系从初始状态a经准静态过程直线ab变化到终止状态b，如图所示。 已知该理想气体的定体摩尔热容量CV=3R，求出该理想气体在ab过程中的摩尔热容量

3、。 ab过程方程设该过程的摩尔热容为Cm，而1 .一定量的理想气体分别从体积V1膨胀到体积V2所经历的过程是ab等压过程。 AC等温过程AD绝热工艺，其中吸热最多的工艺。 (a )为A B； (b )是A C，(c )是A D，(d )是ab也是A C，两个过程吸热同样多。 2 .练习一定量的理想气体，经过一定的过程，其温度上升按照热力学规律，(1)在这个过程中这个理想气体系统吸热了；(2)在这个过程中外界对这个理想气体系统做了正确的工作；(3)这个理想气体系统的内能增加了；(4)这个过程(2)、(3)、(c )、(3)、(d )、(4) .解： (1)等温过程气体对外功，(2)绝热过程气体对

4、外功，练习4 .一定品质的理想气体从状态a经过b到达c，(图，abc是一条直线)求出这个过程。 (1)气体对外进行的工作(2)气体内的增加(3)气体吸收的热量(1atm=1.013105Pa )，1 .循环过程，系统从某个状态出发，经过任意一系列的状态，最后恢复到原来的状态的过程。 E=0。 2 .准静态循环过程，只有准静态过程具有与P-V图对应的过程曲线。 准静态循环过程对应于P-V图上的闭合曲线。 3 .正周期和反周期，正周期在P-V图上按时间修正进行的周期。 逆周期在P-V图上逆时针修正进行的周期。 4-6周期的过程，相对于图形的正周期，在12个膨胀过程中系统对外做正功，4 .正周期过程

5、的功能转换，在2 1个压缩过程中系统对外做负功，在正周期过程中系统对外做的总功(净功) 、2 1的压缩过程中从系统向低温热源(外界)散热Q2。 正周期中，系统从外部吸收的总热量(净热)为Q1-Q2。热力学第一定律表明，在正循环过程中，系统从高温热源吸收的热量部分用于对外作业，部分用低温热源释放。 5、逆循环过程的功能转换，系统对外进行的网络工作A=- A1 A20即外部对系统工作。 系统从外部吸收的净热Q=- Q1 Q20即系统向外部(高温热源)散热。 由热力学第一定律Q=A0、Q1=Q2-A可知，在逆循环过程中，外界对系统起作用，从低温热源向高温热源传热。 1、热机、工作物质正循环的机械。

6、把热能转换成机械能的装置。 蒸汽机和汽车发动机等，2 .冷冻机，工作物质反向循环的机械。 通过从外部对系统进行工作，系统将从低温源吸收的热量传递给高温源，使低温源温度降低。 冰箱和空调等。3 .热机效率，热机转换为学习吸收热量的能力。 4、制冷系数、外界有一定工作时，从低温热源吸收热量的能力。 例1使mol氧如图所示循环.求循环效率.例： Otto机是德国物理学家Otto发明的热机，根据其原理制造的引擎现在仍在使用. Otto机的循环曲线由2根绝热线和2根等容线构成。 证明：热机效率，2-3是等容吸热过程，4-1是等容散热过程，热机效率，3-4是绝热膨胀过程，1-2是绝热压缩过程，已证明，例如

7、： 1热机求1mol的2原子分子气体作为工作物质。 各过程的内能增量、工作、热机效率。 A-B是等温膨胀过程，吸热，B-C是等压缩过程，散热，或热力学第一定律，C-A是等容升压过程，吸热，热机效率，4-7自然(宏观)过程的方向性，对孤立系统有一定的方向性，(1)功能变热是自动进行的。 功热转换的过程是有方向性的。 (2)热量自动从高温物体传递到低温物体。 传热过程是有方向性的。 (3)气体自动膨胀成真空。 气体的自由膨胀过程是有方向性的。 不可逆过程：可以在反向过程中重复正过程的每一状态，或者即使重复，在不发生其它改变的条件下也不一定发生其它改变。 与热现象有关的宏观实际过程都是不可逆的。 练

8、习6 .经历一定量的某理想气体的循环过程是，从初始状态(V0，T0)通过绝热膨胀使体积增大1倍，然后通过等容升温使体积升温到初始状态温度T0，最后通过等温过程使体积升温到V0，则气体在该循环过程中成为(a )，(b )对外进行的净功由于在全部过程中没有变化，反向循环使外净化功为负放热，7 .练习一定的理想气体，分别经过上图的abc的过程(上图的虚线是ac等温线)和下图的def的过程(下图的虚线df是绝热线)，判断这两个过程是吸热还是放热，(A)abc过程是(B)abc工艺散热，def工艺吸热(C)abc过程和def过程都吸热(D)abc工艺和def工艺都散热。 上图：在a、c两种状态下相等，进

9、行正常工作，因此吸收热量。 下图： d-e-f-d循环中变为0，可以向外部发挥负作用，整个过程放出的热是d-e-f过程放出的热。练习8 .如图所示，有一定量的理想气体，从初始状态a(P1，V1)，经等容过程达到压力为P1/4的b状态，再经等压过程达到状态c，最后经等温过程完成循环，求出该循环中系统在外部制作的功a和净吸热量由于c两态的温度相同，有循环过程，在ab等容过程中工作，在bc等压过程中工作，在ca过程中将整个循环过程系统中作用于外部的工作和吸收的热以负号向外部说明系统工作的热力学第一定律是热力学过程必须满足能量守恒定律那么，满足热力学第一定律的过程能够实现吗？这是19世纪初面临的问题。

10、 热机效率为1 (将单一热源吸收的热量自动转换为外部工作)、冷冻机的冷冻系数无限大(从低温热源吸收的热量自动传递到高温热源)、混合气体自动分离等热力学过程不违反热力学第一定律，但实际上不可能发生。 由此可知，与自然界中的热现象相关的宏观热力学过程具有方向性。 热力学第二定律是在大量实践的基础上总结出来的，是描述热力学过程前进方向和极限的定律。4-8热力学第二定律及其统一修正意义，一、热机效率和第二定律Kelvin表现，1、热机效率，如果Q2为0、=1，热机从单一热源吸收热量，无法将其全部转换为对外功。 2 .根据第二定律的Kelvin表现，内容：不能从单一热源吸收热量而将一切变成有用的工作，不

11、会对其产生影响。 或者：单一热源吸收的热量不能自动全部转化为有用的工作。 开尔文，说明：“单一热源”:温度均匀恒定的热源。 “其他影响”:指用单一热源吸收热量，将吸收的热量全部用于工作以外的影响(变化)。 理想的气体等温膨胀，E=0，Q=A，即吸收的热全部用于外部工作，但会产生其他影响气体的体积膨胀，这个过程不能构成循环。 3. Kelvin表达的另一种形式是第二类永久动机不能创建。 20世纪40年代，估计海水会下降0.1C，得到的能量可以使全世界的工厂运转1700年。 根据第二定律的Kelvin表现，工作可以自动全部转换为热，热不能自动全部转换为工作。 二、冷冻机的冷冻系数和第二定律的Cla

12、usius，1 .如果冷冻机的冷冻系数为A=0，e，则冷冻机通过循环，从低温热源向高温热源传热，不产生其他影响。 这种机器也制造不了。 2 .第二定律的Clausius，内容：不能从低温物体向高温物体传导热量，不发生其他变化。 或者：不能从低温物体向高温物体自动传热。 说明：“其他影响”、“自动”:指单一热源吸收的热量传递到高温热源以外的影响(变化)，根据第二定律Clausius表现，热量会自动从高温物体传递到低温物体，而不能自动从低温物体传递到高温物体。 热力学第二定律的Kelvin表现和Clausius表现显示了自然界自发进行的宏进程具有方向性。 热力学第二定律的两个表达是等价的，具体可以

13、用反证法，由于一个表达不成立，可以导出另一个表达不成立。 (不要求)、三、热力学第二定律的本质、自然界中自发进行的与热现象相关的宏观过程都是不可逆过程，而且各种不可逆过程都是相互关联的，可以从一个过程的不可逆性导出另一个过程的不可逆性。 任何不可逆过程都可以作为热力学第二定律表达的基础。 Kelvin表达和Clausius表达只是针对两个特殊的不可逆过程提出的。四、热力学第二定律的微观意义，系统的热力学过程是大量分子无序运动状态的变化，大量分子从无序度小(或有序)运动状态向无序度大(或无序)运动状态变化，热力学第二定律的微观意义：所有自然过程总是沿着无序性增大的方向进行。 注意：热力学第二定律是统一定律，只适用于由大量分