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1、第09章热力学基础习题课1第1页，此课件共50页哦平衡态平衡态一、基本概念一、基本概念准静态过程准静态过程二、理想气体物态方程二、理想气体物态方程质量不变质量不变理想气体的准静态过程理想气体的准静态过程可以用可以用PV图中的曲线表图中的曲线表示。示。2第2页，此课件共50页哦1、气体在准静态过程做功的计算、气体在准静态过程做功的计算三、内能、做功和热量的计算三、内能、做功和热量的计算2、理想气体的内能公式、理想气体的内能公式做功的大小为做功的大小为PV图曲线下的面积。图曲线下的面积。内能为状态量。内能为状态量。3第3页，此课件共50页哦3、准静态过程中热量的计算、准静态过程中热量的计算定体摩尔
2、热容定体摩尔热容定压摩尔热容定压摩尔热容比热容比比热容比单原子分子：单原子分子：双原子分子：双原子分子：多元子分子：多元子分子：4第4页，此课件共50页哦1、热力学第一定律：、热力学第一定律：四、热力学第一定律及其等值过程的应用四、热力学第一定律及其等值过程的应用符号规定：符号规定：系统吸热系统吸热Q为正；放热为正；放热Q为负。为负。内能增加为内能增加为 E正；减少正；减少 E为负。为负。系统对外做功系统对外做功W为正。外界对系统做功为正。外界对系统做功W为负为负 5第5页，此课件共50页哦2、等容过程、等容过程V=恒量恒量，dV=0等容过程的热力学第一定律等容过程的热力学第一定律:等容过程系
3、统的吸热：等容过程系统的吸热：等容过程系统内能的增量：等容过程系统内能的增量：等容过程系统作功：等容过程系统作功：6第6页，此课件共50页哦3、等压过程、等压过程p=恒量恒量，dp=0等压过程的热力学第一定律等压过程的热力学第一定律:等压过程系统的吸热：等压过程系统的吸热：等压过程系统内能的增量：等压过程系统内能的增量：等压过程系统作功：等压过程系统作功：7第7页，此课件共50页哦4、等温过程、等温过程T=恒量恒量 ，dE=0等压过程的热力学第一定律等压过程的热力学第一定律:等温过程系统内能的增量：等温过程系统内能的增量：等温过程系统作功和吸热：等温过程系统作功和吸热：8第8页，此课件共50页
4、哦绝热过程的热力学第一定律绝热过程的热力学第一定律:5、绝热过程、绝热过程绝热过程的功：绝热过程的功：绝热过程内能增量：绝热过程内能增量：绝热方程：绝热方程：绝热线和等温线的绝热线和等温线的交点处，绝热线的交点处，绝热线的斜率比等温线的大。斜率比等温线的大。9第9页，此课件共50页哦过程过程等体等体等压等压等温等温绝热绝热过程方程过程方程内能增量内能增量系统作功系统作功系统吸热系统吸热 摩尔热容摩尔热容第10页，此课件共50页哦循环过程：循环过程：系统经历一系列的变化过程又回到初始状系统经历一系列的变化过程又回到初始状态的过程。态的过程。循环特征循环特征:经历一个循环过程后，内能不变。经历一个
5、循环过程后，内能不变。五、循环过程和循环的效率五、循环过程和循环的效率致冷系数：致冷系数：热机效率：热机效率：11第11页，此课件共50页哦卡诺循环效率：卡诺循环效率：卡诺致冷系数：卡诺致冷系数：卡诺循环：卡诺循环：两个绝热过程和两个等温过程。两个绝热过程和两个等温过程。12第12页，此课件共50页哦六、热力学第二定律六、热力学第二定律开开尔尔文文表表述述：不不可可能能从从单单一一热热源源吸吸取取热热量量使使之之完完全全变变为为有有用的功而不产生其他影响。用的功而不产生其他影响。克克劳劳修修斯斯表表述述：不不可可能能把把热热量量从从低低温温物物体体传传到到高高温温物物体体而而不引起其他变化。不
6、引起其他变化。1、在在相相同同的的高高温温热热源源与与相相同同的的低低温温热热源源之之间间工工作作的的一一切切可可逆逆机，不论用什么工作物质，效率相等。机，不论用什么工作物质，效率相等。2、在在相相同同的的高高温温热热源源与与相相同同的的低低温温热热源源之之间间工工作作的的一一切切不不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。卡诺定理卡诺定理13第13页，此课件共50页哦例例1.将将500J的热量传给标准状态下的的热量传给标准状态下的2摩尔氢摩尔氢.(1)体积不变体积不变,热量变为什么热量变为什么?氢的温度为多少氢的温度为多少?(2)温度不变温度不变,热量变为什么
7、热量变为什么?氢的氢的p,V各为多少各为多少?(3)压强不变压强不变,热量变为什么热量变为什么?氢的氢的T,V各为多少各为多少?解解:(1)Q=E，热量转变为内能，热量转变为内能.14第14页，此课件共50页哦Q=W，热量转变为功，热量转变为功.例例1.将将500J的热量传给标准状态下的的热量传给标准状态下的2摩尔氢摩尔氢.(1)体积不变体积不变,热量变为什么热量变为什么?氢的温度为多少氢的温度为多少?(2)温度不变温度不变,热量变为什么热量变为什么?氢的氢的p,V各为多少各为多少?(3)压强不变压强不变,热量变为什么热量变为什么?氢的氢的T,V各为多少各为多少?解解:15第15页，此课件共5
8、0页哦Q=W+E，热量转变为功，热量转变为功和内能和内能例例1.将将500J的热量传给标准状态下的的热量传给标准状态下的2摩尔氢摩尔氢.(1)体积不变体积不变,热量变为什么热量变为什么?氢的温度为多少氢的温度为多少?(2)温度不变温度不变,热量变为什么热量变为什么?氢的氢的p,V各为多少各为多少?(3)压强不变压强不变,热量变为什么热量变为什么?氢的氢的T,V各为多少各为多少?解解:16第16页，此课件共50页哦例例2.一一定定量量的的理理想想气气体体,由由状状态态a经经b到到达达c.(图图中中abc为为一一直直线线),求求此过程中此过程中:(1)气体对外作的功气体对外作的功.(2)气体内能的
9、增量气体内能的增量.(3)气体吸收的热量气体吸收的热量.p/atmV/l0321321cba解解:17第17页，此课件共50页哦例例3.质质量量为为2.8 10-3kg,压压强强为为1atm,温温度度为为27的的氮氮气气.先先在在体体积积不不变变的的情情况况下下使使其其压压强强增增至至3atm,再再经经等等温温膨膨胀胀使使压压强强降降至至1atm,然然后后又又在在等等压压过过程程中中将将体体积积压压缩缩一一半半.试试求求氮氮气气在在全全部部过过程程中的内能变化中的内能变化,所作的功以及吸收的热量所作的功以及吸收的热量,并画出并画出p-V图图.解解:V3V4Vp/atm132V1123418第1
10、8页，此课件共50页哦等体过程等体过程:V3V4Vp/atm132V1123419第19页，此课件共50页哦等温过程等温过程:等压过程等压过程:V3V4Vp/atm132V1123420第20页，此课件共50页哦全过程全过程:V3V4Vp/atm132V1123421第21页，此课件共50页哦例例4.有有810-3kg氧氧气气,体体积积为为0.4110-3m3,温温度度为为27.如如氧氧气气作作绝绝热热膨膨胀胀,膨膨胀胀后后的的体体积积为为4.110-3m3,问问气气体体作作多多少少功功?如如作作等温膨胀等温膨胀,膨胀后的体积也为膨胀后的体积也为4.110-3m3,问气体作多少功问气体作多少功
11、?解解:绝热方程绝热方程:22第22页，此课件共50页哦例例5.有有体体积积为为10-2m3的的一一氧氧化化碳碳,其其压压强强为为107Pa,温温度度为为300K.膨膨胀胀后后,压强为压强为105Pa.试求试求(1)在等温过程中系统所作的功和吸收的热量在等温过程中系统所作的功和吸收的热量.(2)如果是绝热过程如果是绝热过程,情况将怎样情况将怎样?解解:(1)23第23页，此课件共50页哦例例5.有有体体积积为为10-2m3的的一一氧氧化化碳碳,其其压压强强为为107Pa,温温度度为为300K.膨胀后膨胀后,压强为压强为105Pa.试求试求(1)在等温过程中系统所作的功和吸收的热量在等温过程中系
12、统所作的功和吸收的热量.(2)如果是绝热过程如果是绝热过程,情况将怎样情况将怎样?解解:(2)又24第24页，此课件共50页哦热力学过程中吸放热的判断热力学过程中吸放热的判断pVpV过程pVTWEQ等体升压等压膨胀等温膨胀绝热膨胀0+0+0+0+-+0+0+-pV等温线等温线绝热线绝热线25第25页，此课件共50页哦例例6.3.2 10-2kg氧氧气气作作ABCD循循环环过过程程.AB和和C D都都为为等等温温过程过程,设设T1=300 K，T2=200 K,V2=2V1.求循环效率求循环效率.解：解：吸热吸热放热放热吸热吸热放热放热26第26页，此课件共50页哦例例7.奥奥托托机机是是德德国
13、国物物理理学学家家奥奥托托发发明明的的一一种种热热机机,计计算算奥奥托托机机的的循循环环效效率率.c d,e b为为等等容容过过程程;b c,d e为绝热过程为绝热过程.c d,e b为等容过程为等容过程:解解:吸热吸热放热放热b c，d e为绝热过程为绝热过程:27第27页，此课件共50页哦称称为为压压缩缩比比一一般般为为8,如如采采用用双双原原子子分分子子气气体体为为工工作作物物质质,在在理想情况下理想情况下,其热机效率为其热机效率为:28第28页，此课件共50页哦大作业参考解答大作业参考解答第29页，此课件共50页哦第30页，此课件共50页哦第31页，此课件共50页哦第32页，此课件共5
14、0页哦5第33页，此课件共50页哦6A.A.克克劳劳修修斯斯说说法法中中强强调调不不留留下下任任何何其其他他变变化化的的条条件件.冰冰箱箱和和空空调调就就是是把把热热从从低低温温物物体体传传到到高高温温物物体体的的例例子子.这这个个过过程程的的其其它它变变化化是是把把环环境境所所做做的的功功同时转变成热而送到了高温物体同时转变成热而送到了高温物体,环境中留下了功变成热的影响环境中留下了功变成热的影响.B.B.开开尔尔文文说说法法中中同同样样是是强强调调不不留留下下任任何何其其他他变变化化的的条条件件.理理想想气气体体的的等等温温膨膨胀胀过过程程,就就是是一一个个从从单单一一热热源源吸吸热热并并
15、全全部部转转变变为为功功的的例例子子,这这个个过过程程的的其其它它变变化化是是理理想想气气体体的的体体积积膨膨胀胀了了和和压压力力降降低低了了,环环境境必必须须通通过过作作功功压压缩缩理想气体回到始态理想气体回到始态,环境中留下了功变成热的影响环境中留下了功变成热的影响.第34页，此课件共50页哦7第35页，此课件共50页哦8第36页，此课件共50页哦传热传热做功做功温度改变量温度改变量过程过程第37页，此课件共50页哦第38页，此课件共50页哦第39页，此课件共50页哦第40页，此课件共50页哦等压等压绝热绝热等压等压绝热绝热卡若卡若第41页，此课件共50页哦320 K第42页，此课件共50页哦第43页，此课件共50页哦第44页，此课件共50页哦第45页，此课件共50页哦第46页，此课件共50页哦第47页，此课件共50页哦第48页，此课件共50页哦第49页，此课件共50页哦第50页，此课件共50页哦