大学物理 热力学第一定律ppt课件.ppt

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1、第二章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics主要内容热力学第一定律等值过程绝热过程循环过程重要概念准静态过程、热量（Q）、功（A）、内能（E）1准静态过程（理想化的过程）从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程气体活塞砂子理想化实验122§2.1热力学第一定律⒈功和热量⑴系统对外做的功准静态过程中,气体作功：dA=pSdldlpS若dV>0，若dV<0，则dA>0，即系统体积膨胀，对外界作正功则dA<0，即系统体积收缩，对外界作负功=pdV3Note:功是过程量,其值依赖于过程12对于任一有限准静态过程，V1V2:

2、积分的意义？4⑵系统吸收的热量准静态过程中,TT+dT:Notes:①C也是过程量.e.g.绝热压缩过程：dQ=0,dT>0等温膨胀过程：dQ>0,dT=0该过程中的摩尔热容C=0CdQ>0:系统吸热；dQ<0:系统放热5③Q也是过程量②若有限过程中C=const.，则有e.g.等体过程：等压过程：6Notes①E是状态量(1)有限过程：⒉热力学第一定律Q——系统吸收的热量(2)无限小过程：dQ=dE+dAΔE——系统内能的增量A——系统对外做的功②热力学第一定律本质：能量守恒普适于任何系统（固、液、气）的任何过程（准静态或非准静态）第一类永动机失败Q=(E2－E1)+A

3、7§2.2等体过程isochoricprocessV=const.dA=0因pV21O摩尔定体热容dQ=dE——常量8于是，对有限等体过程有——适用于任何过程另外，有思考：等体过程在PT图、VT图的形状9§2.3等压过程isobaricprocessp=const.pV12O因摩尔定压热容又且10得——迈耶(Mayer)公式or——常量由dQ=dE+dA注：p=const.代入、、11于是对有限过程有：此外因此(仅适用于等压过程)12§2.4等温过程isothermalprocessT=const.dE=0pV12OdQ=dA于是ΔlpT恒温热源T13§2.5

4、绝热过程adiabaticprocessdQ=0dE+dA=0绝热的汽缸壁和活塞①②1.状态方程＋过程约束绝热过程方程等温线绝热线14对③积分，得——泊松(Poisson)公式④或⑥⑤④⑤⑥——绝热过程方程①②→③——比热容比其中(ratioofspecificheat)(C1,C2,C3是常量)15Note:其他过程方程：e.g.等体过程：等压过程：等温过程：162.绝热过程中功的计算此外，172.绝热线和等温线绝热线的斜率大于等温线的斜率绝热等温ABC等温线绝热线18§2.6绝热自由膨胀freeexpansionp2、V2、T2p1、V1T1绝热→Q=0于是E2E1=0p

5、V12Oisotherm自由膨胀→A=0，但仍服从热力学第一定律不是准静态过程初态末态T2=T1不是绝热自由膨胀的中间态绝热自由膨胀的始末态是等温线上的二点19§2.7循环过程cyclicprocess——系统经历一系列变化后又回到初态的整个过程——热机——致冷机正循环(A>0)逆循环(A<0)特点：E=Q=pVOAV1V20A20热机与循环瓦特（1736～1819）四个专利改进了蒸气机21⒈热机的效率在一个循环中热力学第一定律系统从H1吸热量——Q1向H2放热量——Q2对外做功——A热机的效率：Note:通常,Q1=Q1i,Q2=Q2iQ1Q2=AA高温热库H1Q1Q2

6、系统低温热库H2AB22[例2-1]pVacObV1V2等温解：ab——等体升压(吸热)Q1=Qab+Qbc,Q2=Qcabc——等温膨胀(吸热)ca——等压压缩(放热)双原子分子理想气体作如图所示的循环，V2/V1=2，求23其中于是24其中因此请说明理由25*⒉致冷机的致冷系数在一个循环中：热I→致冷系数：通常w>1系统从H2吸热量——向H1放热量——外界对系统做功——低温热库H2系统高温热库H126⒊卡诺循环CarnotcycleN.L.SadiCarnot1796~18321824年，发表《关于火的动力和适合产生这种力的机器的考虑》1848年开尔文（LordKelvin

7、，1824－1907）根据卡诺定理提出绝对温标概念提出：卡诺热机、卡诺循环、卡诺原理在1824至1878年间，卡诺的热机理论一直没有得到广泛传播27⒊卡诺循环Carnotcycle卡诺循环:两个等温过程和两个绝热过程低温热源高温热源卡诺热机AABCDT1>T228理想气体卡诺循环热机效率的计算A—BB—CC—DD—A卡诺循环AABCDT1>T2正循环——卡诺热机逆循环——卡诺致冷机等温膨胀绝热膨胀等温压缩绝热压缩29C—D等温压缩放热D—A绝热过程B—C绝热过程A—B