热力学 新1.ppt
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1、1,1999年秋季学期开学了,同学们好,2,大学物理 (二),3,本学期教学内容,(第四册,下同),4,本学期安排,增加自学内容,物理小论文,补充若干近代专题内容,第三周起,单周的周一,将作业,交到物理楼一楼的柜子内,第八周的周一,期中测验,5,(Thermodynamics),热学(二),6,第三章 热力学第一定律,准静态过程 功、热量、内能 热力学第一定律 热容量 理想气体的绝热过程 循环过程和热机 卡诺循环和卡诺热机 致冷机,7,3.1 准静态过程(quasi-static process),热力学中研究过程时,为了在理论上能利用 系统处于平衡态时的性质,引入准静态过程的概念.,热力学系
2、统从一个状态 变化到另一个状态 ,称 为热力学过程.,8,3.准静态过程可以用 P-V图上的一条曲线 (过程曲线)来表示.,2.准静态过程是实际过程的理想化模型. (无限缓慢)有理论意义,也有实际意义.,1.准静态过程是由无数个平衡态组成的过程.,准静态过程:,9,改变系统状态的方法:1.作功 2.传热,例如,实际气缸的压缩过程可看作是准静态过程。 ( T )过程0.1秒 L/v= 0.1/100 =0.001秒,准静态过程的条件: ( T )过程 ,弛豫时间 :由非平衡态到平衡态所需的时间.,准静态过程的条件,10, 3.2 功,通过作功可以改变系统的热力学状态. 机械功(摩擦功、体积功);
3、电功等,功的计算 (准静态过程,体积功):,气体对外界作功,(为简单起见忽略磨擦),(1)直接计算法(由定义),11,例.摩尔理想气体从状态1状态2,设经历等温过程。 求气体对外所作的功。,解, 功是过程量,图上过程曲线下的面积即功的大小.,右边积分还 与经历什么过程有关。,12,(2)间接计算法 (由相关规律),由热力学第一定律 E ,通过作功改变系统的热力学状态的微观实质:,分子无规则运动的能量,分子有规则运动的能量,13,3.3 内能、热量、 热力学第一定律,微观上,热力学系统的内能是指其分子无规则运动 的能量(应含分子动能、分子间的势能)的总和.,对于一定质量的某种气体: 内能一般 E
4、 = E(T,V 或P)。,一.内能,一定质量的理想气体:E = E(T).,刚性理想气体公式; E = (i/2)RT, ( i:自由度 , :摩尔数 ),内能是状态量 .,14,宏观上(热力学中)内能的定义:,真正要确定某系统内能的多少 要选定一个作参考的内能零点。,实际有意义的是 内能的差值,系统内能的增量等于外界对系统作的绝热功, 或系统对外界作的绝热功的负值.,15,二.热量,传热也可改变系统的 热力学状态.,传热的微观本质是: 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递.,说明两个概念:,1.热库或热源(热容量无限大的物体,温度始终不变).,热量也是过程量.,2.准静态传热过程
5、(温差无限小):,也与过程有关。,16,系统 ( T1 )直接与 热源 ( T2 )有限温差 热传导为非准静态过程,保持系统与外界无穷小温差, 每一无穷小传热过程为等温过程, 过程“无限缓慢”即可看成准静态传热过程.,17,三.热力学第一定律, 对于任一过程, 另一叙述:第一类永动机( = W/Q 1 ) 是不可能制成的., 对于任一元过程,热力学第一定律适用于 任何系统(气液固) 的任何过程(非准静态过程也适用), 只要初、末态为平衡态.,符号规定: Q 0 系统吸热. E 0 系统内能增加. W 0 系统对外界作正功.,18,3.4 热容量 热力学第一定律 对理想气体等值过程的应用,一.等
6、容摩尔热容量, 摩尔热容量:一摩尔物质(温度T时)升高 1 度所吸收的热量,即,单位:J/molK,一般C与温度有关,也与过程有关,可以测量。,19,dQ = dE = (i/2)R dT Cv =(1/)(dE/dT) = (i/2)R, 对于理想气体的等容过程,20,注意:对于理想气体,公式 E = Cv T 不仅适用于等容过程,而且适用于任何过程。,证明:,如图,作一个辅助 过程(等容+等温) , 连接始末两点,21,二.等压摩尔热容量,对于等压过程, dQ= dE+dW = CvdT+PdV,再由理想气体状态方程有 PdV=RdT, dQ=(i/2)RdT+RdT,于是 = (1/)(
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