第三章 热力学第一定律.ppt

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1、热学电子教案PowerPoint版作者：安宇(分子运动论部分参照了陈信义编的Word版内容）清华大学物理系基础教研室大学物理第三章热力学第一定律§3.1准静态过程§3.2功、热、内能§3.3热力学第一定律§3.4热容量§3.5理想气体的绝热过程§3.6循环过程§3.7卡诺循环§3.8致冷机3.1准静态过程Quasi-staticprocess过程中的每一状态都是平衡态(Equilibriumstate)系统状态的变化就是过程。不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。举例1：外界对系统做功u过程无限缓慢非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫

2、时间，约10-3秒，如果实际压缩一次所用时间为1秒，就可以说是准静态过程。外界压强总比系统压强大一小量△P，就可以缓慢压缩。举例2：系统（初始温度T1）从外界吸热系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2从T1T2是准静态过程系统温度T1直接与热源T2接触，最终达到热平衡，不是准静态过程。因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图（或P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。VPo等温过程等容过程等压过程循环过程3.2功、热、内能(Work,Heat,Internalener

3、gy)做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）功是过程量摩擦功：电功：通常：微量功=广义力×广义位移准静态过程气体对外界做功：PV12W总功：系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。微小热量：>0表示系统从外界吸热；<0表示系统向外界放热。总热量：积分与过程有关。系统的内能是状态量如同P、V、T等量理想气体：范德瓦尔斯气体：内能的变化：只与初、末态有关，与过程无关。热量是过程量3.3热力学第一定律(Thefirstlawofthermodynamics)某一过程，系统从外界吸热Q，对外界做功W

4、，系统内能从初始态E1变为E2，则由能量守恒：对无限小过程：气体真空阀门例：水打开阀门，水温一直不变问：1）气体吸热？2）气体温度？3）气体内能？4）气体做功？3.4热容量(Heatcapacity)摩尔热容量C，单位：J/mol·K比热容c，单位：J/kg·K为过程量定压热容量：定容热容量：也可以是其它过程理想气体准静态等容过程：定压过程：迈耶公式比热容比γ用γ值和实验比较，常温下符合很好，多原子分子气体则较差，见教材p97表3.1；氢气T(K)2.53.54.5502705000CP/R经典理论有缺陷，需量子理论。低温时，只有平动，i=

5、3；常温时，转动被激发，i=3+2=5；高温时，振动也被激发，i=3+2+2=7。3.5理想气体的绝热过程(Adiabaticprocessoftheidealgas)理想气体准静态绝热过程微分得：气体绝热自由膨胀气体真空Q=0，W=0，△E=03.6循环过程(Cyclicalprocess)一系统，或工作物质，简称工质，经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。一般从高温热库吸热Q1，对外做净功W，向低温热库放热Q2（只是表示数值），W=Q1-Q2>0则为正循环；反之为逆循环。正循环过程对应热机，逆循环过程对应致冷机。

6、热机效率：(efficiency)致冷系数：(Coefficientofperformance)循环为准静态过程，在状态图中对应闭合曲线。V例，在P-V图P正循环逆循环§3.7卡诺循环(Carnotcycle)Q1Q2W高温热库T1低温热库T2工质准静态循环，工质为理想气体，只和两个恒温热库交换热量。PVT1T2卡诺循环的热机效率：3.8致冷机(Refrigerator)Q1Q2W高温热库T1低温热库T2工质若为卡诺致冷循环，则PVT1T2致冷系数：