大学物理热力学基础

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1、气体活塞砂子一.准静态过程第十三章热力学基础13–1准静态过程功热量无限缓慢中间状态—一系列平衡态P－V图“点”—平衡态“曲线”—准静态过程121.二.功—系统体积变化注b.过程量不同过程P=f(V)形式不同a.P－V图面积—功c.功—系统与能量外界交换的一种方式膨胀对外作功内→外内能→机械能压缩外对内作功外→内机械能→内能2.三.热量[讨论]下列常见过程中功的计算a.等体b.等压c.等温d.直线过程—功以外的能量交换方式一般(中学:)摩尔热容c:比热如Cm与T关系不大注a.过程量b.吸放热与T无必然关系等体Cm=CV,m等压Cm=CP,m…如等体或等压Q>0T↑，Q<0T↓等温T不变Q>

2、0(膨胀)，Q<0(压缩)3.13–2热力学第一定律包含热现象在内的能量守恒定律外界对系统一般系统对外作功元过程+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功注a.符号规定：热一定律另一种表述：第一类永动机不可能实现。4.b.不同过程W,Q不同,但其代数和(E)不变DABC**DABC**EADBCA=0[讨论]以下过程热一定律的具体形式(1)等体(2)等压(3)等温(4)绝热如T相同,(1)(2)(4)过程E是否相同?EADB=EACB5.理想气体内能:表征系统状态的单值函数，理想气体的内能仅是温度的函数E=E(T).一.等体过程摩尔定体热容13–3理想气体的等

3、体过程和等压过程摩尔热容121.等体过程(V=0WV=0)(1)过程方程(2)热一定律或1mol:等体线(P－V图)2.摩尔定体热容理论值：实验值：查表(精确)(近似)6.元过程—适用于任何过程(?)二.等压过程摩尔定压热容12W1.等压过程(P=0)(1)过程方程(2)热一定律等压线(P－V图)7.2.摩尔定压热容1mol:理论值：实验值：查表(精确)(近似)注a.(绝热比)b.(迈耶公式)8.实验值:与分子种类以及温度有关理论值:—只适用于常温以上单原子、双原子分子气体(近似)单原子分子刚性双原子分子c.CVm与T关系（现代实验）对H2低温常温高温9.热运动—分子内原子的三维振动*三

4、.固体热容一个分子:固体:1mol—与温度无关(1819.杜隆-珀蒂定律)实际C与温度有关(低温)—现代量子理论解释10.以上说明能量均分原理存在局限性四.比热容热容—适用固、液、电介质、磁介质一类物质比热容(比热)cC=m’c[讨论]理想气体等体与等压过程各量和变化及R的含义等体等压11.[例1]如图，1mol常温氢气(可视为理想气体)从状态a(P0、V0、T0)变化到状态b(9P0),此过程满足,求(1)W12,(2)Q12(用R、T0表示)ba分析:a.此过程虽然是一个一般热力学过程,但仍满足热力学第一定律,理想气体物态方程,W12和E12可用一般计算式求解b.Q12可借助热力学第一

5、定律计算(答案)12.[例2]1mol常温刚性双原子分子气体,分别经历a→b→c和a→c两过程,其中ab为等压过程,bc为等体过程,ac为直线过程,分别求两过程的W、E和Q分析:b.直线过程中功可用图中梯形面积计算(PV,PV3/2)baca.两过程初终态相同,故E相同均可用求得c.如不提供实验值CVm、CPm,均可用理论值(近似)13.13－4理想气体的等温过程和绝热过程恒温热源T12一.等温过程(T=0E=0)1.过程方程等温线(P－V图)2.热一定律特点:通过气体等温变化实现热功之间的完全转换14.12绝热的汽缸壁和活塞二.绝热过程(Q=0)1.过程方程绝热线(P－V图)另:

6、同时满足物态方程![推导]消去dT代入其它两式物态方程15.12W2.热一定律3.绝热功[讨论]理想气体等温与绝热过程中各量及变化情况等温绝热16.绝热压缩温度升高绝热膨胀温度降低三.绝热线和等温线常量常量ABC常量讨论如V相同为什么？17.[例]设有5mol的氢气,最初温度20Cº,压强的1/10需作的功:(1)等温过程;(2)绝热过程;(3)经这两过程后,气体的压强各为多少？,求下列过程中把氢气压缩为原体积12C分析:绝热功本题用计算较方便关键用绝热方程先求出T218.*四.多方过程n=1n=n=∞n=0—实际过程(满足)等温n=1等压n=0等体n=∞绝热n=()满足可以证明19.

7、一.循环过程13–5循环过程卡诺循环AB1.特点W=QABAB净功(面积)净热(热功转换)2.两种循环热机循环(顺、正)净功W—输出热→功致冷循环(逆、负)净功W—输入功→热20.系统作的净功等于PV图上循环包围的面积二.热机与致冷机(热泵)1.热机净功W=Q1－Q2吸热放热(取正值)热机(循环)效率高温热源—燃料低温热源—环境(b)蒸汽机示意图高温热源低温热源热机(a)热机示意图21.致冷系数高温热源低温热