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1、4、热力学第确定律：、热力学第确定律：包括热现象在内的能量转化与守恒定律，系统从平衡态包括热现象在内的能量转化与守恒定律，系统从平衡态I到平衡态到平衡态II，热、功、内能的变更关系为：，热、功、内能的变更关系为：表明：系统从一个平衡态到另一个平衡态的转变过程，表明：系统从一个平衡态到另一个平衡态的转变过程，系统从外界吸取的热量，一部分用于系统增加内系统从外界吸取的热量，一部分用于系统增加内 能，一部分用于对外做功。能，一部分用于对外做功。系统状态的无限小变更过程：系统状态的无限小变更过程：注：注：（1）Q、A是过程量，是过程量，E是状态量是状态量（2）表示过程有关的无限小量（不能称为增量）表示
2、过程有关的无限小量（不能称为增量）表示过程无关的无限小量（即微小增量）表示过程无关的无限小量（即微小增量）(3)符号规律：符号规律：符号符号AQ系统对外做功系统对外做功外界对系统做功外界对系统做功系统吸热系统吸热系统向外放热系统向外放热系统内能增加系统内能增加系统内能减少系统内能减少二、需理解的问题二、需理解的问题1、概念：准静态过程、体积功、热量、热力学第一、概念：准静态过程、体积功、热量、热力学第一 定律定律2、内能和热量这两概念有何不同？以下说法是否正确？、内能和热量这两概念有何不同？以下说法是否正确？（1）物体的温度越高，则热能越多）物体的温度越高，则热能越多（2）物体的温度越高，则内
3、能越大）物体的温度越高，则内能越大答：物体的分子的无轨则热运动能量的总和在宏观上是答：物体的分子的无轨则热运动能量的总和在宏观上是物体的内能；内能是状态量。传热过程中所传递的能量物体的内能；内能是状态量。传热过程中所传递的能量的多少称热量；热量是过程量。的多少称热量；热量是过程量。（1）不对。）不对。10-1准静态过程准静态过程 热量热量 功功 一、准静态过程一、准静态过程定义：热力学系统在状态发生变更的过程中，每一时刻定义：热力学系统在状态发生变更的过程中，每一时刻 系统的状态都无限地接近平衡态，此过程称准静系统的状态都无限地接近平衡态，此过程称准静 态过程（或称平衡过程）。态过程（或称平衡
4、过程）。驰豫时间：一个系统假如最初处于非平衡态，经过一段驰豫时间：一个系统假如最初处于非平衡态，经过一段 时间过渡到了一平衡态，该过渡时间称驰豫时间过渡到了一平衡态，该过渡时间称驰豫 时间。时间。热力学基础（热力学基础（Basic Thermodynamics）第十章第十章 热力学第一定律热力学第一定律PV0ABCabc二、热量二、热量传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动传热：通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动 能量而变更物体内能的过程。能量而变更物体内能的过程。条件：系统与外界的温度不同。条件：系统与外界的温度不同。热量（热量（Q）：传热过程中所传递的能量。）：传热过程中所传
5、递的能量。单位：单位：J 1cal=4.1855JPV0ABCabc三、功（体积功）三、功（体积功）元功：元功：10-2热力学第一定律热力学第一定律 QA无限小过程：无限小过程：有限过程：有限过程：其中：其中：10-3气体的摩尔热容量气体的摩尔热容量 摩尔热容量：摩尔热容量：1mol物质，当温度上升物质，当温度上升1K时所吸取的热量时所吸取的热量c是同一物质的比热是同一物质的比热一、气体的定容摩尔热容量一、气体的定容摩尔热容量与温度无关与温度无关二、气体的定压摩尔热容量二、气体的定压摩尔热容量与温度无关与温度无关可见可见迈耶公式迈耶公式比热比：比热比：刚性单原子刚性单原子刚性双原子刚性双原子刚
6、性多原子刚性多原子总结：总结：无论等容过程、等压过程：无论等容过程、等压过程：10-4热力学第一定律对热力学第一定律对理想气体等值过程的应用理想气体等值过程的应用 一、等温过程一、等温过程恒恒温温体体A1、等温过程的实现：、等温过程的实现：则内能不变则内能不变代入上式代入上式2、等温过程的热量：、等温过程的热量：3、志向气体等温过程作功图示：、志向气体等温过程作功图示：VPP1V1V2P2TAIII等温线是等轴双曲线的一支等温线是等轴双曲线的一支曲线下的面积表示理想气体从曲线下的面积表示理想气体从初始状态初始状态I等温膨胀到末态等温膨胀到末态II所所作的功：作的功：二、等容过程二、等容过程1、
7、等容过程的实现：、等容过程的实现：VPIIIP1P2V3、等容过程的、等容过程的P-V图：图：2、求、求对等容过程：对等容过程：三、等压过程三、等压过程1、等压过程的实现：、等压过程的实现：A2、求、求内能的改变量：内能的改变量：对外作功：对外作功：3、等压过程的、等压过程的P-V图：图：VPV1V2PIIIA10-5绝热过程绝热过程 一、绝热过程一、绝热过程1、定义：当系统的状态发生变更时，系统和外界不发生、定义：当系统的状态发生变更时，系统和外界不发生 热传递的过程。热传递的过程。2、特征：、特征：二、求绝热过程中的功二、求绝热过程中的功A由热力学第确定律可知：由热力学第确定律可知：A绝热
8、壁绝热壁对于有限变更：对于有限变更：三、绝热方程三、绝热方程（1）（2）（3）其中：其中：均为常数均为常数由（由（2）式可得：）式可得：所以：所以：I绝热膨胀：绝热膨胀：II绝热压缩：绝热压缩：四、绝热过程的四、绝热过程的P-V图图1、P-V图：图：VPIIIA0将绝热方程代入将绝热方程代入可得：可得：2、绝热过程与等温过程的比较：、绝热过程与等温过程的比较：（1）绝热过程方程：）绝热过程方程：等温过程方程：等温过程方程：（2）P-V图的比较：图的比较：气体压缩或膨胀时气体压缩或膨胀时气体压强变更不同气体压强变更不同VPABCA点相交点相交比较在比较在A点斜率：点斜率：可见绝热线比等温线陡可见
9、绝热线比等温线陡例例10-1：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系：设有某种单原子理想气体，经历如图所示的一系列状态变化过程，其中列状态变化过程，其中ab为等压过程，为等压过程，bc为等容过程，为等容过程，cd为等温过程，已知为等温过程，已知 求各分过程的求各分过程的 各为多少？各为多少？210124abcdV(L)解：解：ab等压过程：等压过程：bc等容过程：等容过程：cd等温过程等温过程:例例102：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），：气缸中有一定质量的氦气（视为理想气体），若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半，求变化前后：若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半，求变化前后：（1）气
10、体分子平均速率之比）气体分子平均速率之比？（2）气体内能之比）气体内能之比？解：根据绝热方程：解：根据绝热方程：(1）平均速率：）平均速率：氦是单原子分子，氦是单原子分子，(2)气体内能：气体内能：例例103：有：有3mol温度为温度为 的理想气体，先使的理想气体，先使其体积等温膨胀到原来的其体积等温膨胀到原来的5倍，然后等容加热，末态时它倍，然后等容加热，末态时它的压强刚好等于初始压强，整个过程传给气体的热量为的压强刚好等于初始压强，整个过程传给气体的热量为 。试画出此过程的。试画出此过程的P-V图，并求这种气体的图，并求这种气体的比热容比比热容比 的值。的值。0Vp解：设初态参量为解：设初
11、态参量为 末态参量为末态参量为由由得得等温过程：等温过程：等容过程：等容过程：即即10-6循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 一、循环过程一、循环过程循环过程：物质系统经验一系列变更过程又回到初始循环过程：物质系统经验一系列变更过程又回到初始 状态的过程。状态的过程。基本特征：内能没有变更。基本特征：内能没有变更。AOBCDO：锅炉，锅炉，B：气缸：气缸C：冷凝器，：冷凝器，D：水泵：水泵构造：构造：PV0A如系统经验的循环过程的各个阶段都是准静态过程如系统经验的循环过程的各个阶段都是准静态过程循环过程对外作循环过程对外作净功净功：即：循环过程曲线所包围面积即：循环过程曲线所包围面积正循环（热
12、循环）：循环过程沿顺时针方向进行，系统正循环（热循环）：循环过程沿顺时针方向进行，系统 对外作功。对外作功。逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外逆循环（致冷循环）：循环过程沿逆时针方向进行，外 界对系统作净功。界对系统作净功。循环的效率：在一次循环过程中工作物质对外作的净功循环的效率：在一次循环过程中工作物质对外作的净功 占它从高温热库吸取的热量的比率。占它从高温热库吸取的热量的比率。热机效率：热机效率：由热力学第确定律知：由热力学第确定律知：则则二、卡诺循环二、卡诺循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）C（P3V3T2）D（P4V4T2）Q1Q2卡诺循环就是在两个恒温热源（
13、一个高温热源，一个低卡诺循环就是在两个恒温热源（一个高温热源，一个低温热源）间工作的循环。温热源）间工作的循环。由两个由两个等温过程和两个绝热过程等温过程和两个绝热过程组成。组成。AB等温膨胀过程吸热：等温膨胀过程吸热：CD等温压缩过程放热：等温压缩过程放热：由绝热方程：由绝热方程：联立得：联立得：所以卡诺循环效率：所以卡诺循环效率：代入：代入：三、卡诺致冷循环三、卡诺致冷循环VPA（P1V1T1）B（P2V2T1）D（P4V4T2）Q2 Q1C（P3V3T2）卡诺循环作逆循环，外界对系统作功卡诺循环作逆循环，外界对系统作功.由热力学第确定律知，此循环，由热力学第确定律知，此循环，内能不变，有
14、：内能不变，有：所以，致冷系数：所以，致冷系数：例例104：图为某理想气体系统的一个循环过程，其中：图为某理想气体系统的一个循环过程，其中CA为绝热过程。设点为绝热过程。设点A状态量状态量(),B点状态量（点状态量（）及系统绝热指数及系统绝热指数 均为已知。均为已知。（1）在）在P-V图上这循环如何表示？图上这循环如何表示？（2）试求点）试求点C状态的温度状态的温度 。（3）AB、BC两过程是吸热还是放热？两过程是吸热还是放热？（4）计算循环过程的效率。）计算循环过程的效率。ABCTV00PVABC解（解（1）如图：）如图：（2）CA为绝热过程：为绝热过程：根据根据得得（3）AB过程为等温膨胀
15、过程，吸热过程为等温膨胀过程，吸热BC过程为等容降温过程，放热过程为等容降温过程，放热(4)效率：效率：例例105：一卡诺机在：一卡诺机在400K和和300K之间工作，求：之间工作，求：（1）若在正循环中，该机从高温热源吸热）若在正循环中，该机从高温热源吸热5000J热量，热量，则将向低温热源放出多少热量？对外作功多少？则将向低温热源放出多少热量？对外作功多少？（2）若使该机反向运转，当从低温热源吸取）若使该机反向运转，当从低温热源吸取5000J热量热量则将向高温热源放出多少热量？作功多少？则将向高温热源放出多少热量？作功多少？解（解（1）对卡诺热机）对卡诺热机热源温度差越大则作功越多。提高效率途径是提高高热热源温度差越大则作功越多。提高效率途径是提高高热源温度。源温度。(2)对卡诺致冷机对卡诺致冷机低温热源温度越低，则提取相同热量所需作功也越大。低温热源温度越低，则提取相同热量所需作功也越大。