第三章熱力學第一定律

1、第三章第三章 熱力學第一定律熱力學第一定律 3.1 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 3.2 功、熱、內(nèi)能功、熱、內(nèi)能 3.3 熱力學第一定律熱力學第一定律 3.4 熱容量熱容量 3.5 理想氣體的絕熱過程理想氣體的絕熱過程 3.6 循環(huán)過程循環(huán)過程 3.7 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán) 3.8 致冷機致冷機 3.1 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 Quasi-static process 過程中的每一狀態(tài)都是平衡態(tài)過程中的每一狀態(tài)都是平衡態(tài) (Equilibrium state ) 系統(tǒng)狀態(tài)的變化就是過程。系統(tǒng)狀態(tài)的變化就是過程。不受外界影響時，系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間改變。不受外界影響時，系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間改變。舉例舉例

2、1：外界對系統(tǒng)做功：外界對系統(tǒng)做功u過程無限緩慢過程無限緩慢非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時間，非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時間，即弛豫時間，約即弛豫時間，約 10 -3 秒秒 ，如果，如果實際壓縮一次所用時間為實際壓縮一次所用時間為 1 秒，秒，就可以說就可以說 是準靜態(tài)過程。是準靜態(tài)過程。 外界壓強總比系統(tǒng)壓強大一小量外界壓強總比系統(tǒng)壓強大一小量 P ， 就可以就可以 緩慢壓縮。緩慢壓縮。舉例舉例2：系統(tǒng)（初始溫度：系統(tǒng)（初始溫度 T1）從）從 外界吸熱外界吸熱系統(tǒng)系統(tǒng)T1T1+TT1+2TT1+3TT2從從 T1 T2 是準靜態(tài)過程是準靜態(tài)過程 系統(tǒng)系統(tǒng) 溫度溫度 T1 直接與直接與 熱源熱源 T2接

3、觸，最終達到熱平衡，接觸，最終達到熱平衡，不是不是 準靜態(tài)過程。準靜態(tài)過程。u因為狀態(tài)圖中任何一點都表示因為狀態(tài)圖中任何一點都表示系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，故準靜態(tài)系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，故準靜態(tài)過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如P-V圖（或圖（或P-T圖，圖，V-T圖）中圖）中一條曲線表示，反之亦如此一條曲線表示，反之亦如此。 VPo等溫過程等溫過程等容過程等容過程等壓過程等壓過程循環(huán)過程循環(huán)過程3.2 功、熱、內(nèi)能功、熱、內(nèi)能(Work, Heat, Internal energy) 做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài) 摩擦升溫（機械功）、電加熱（電功）摩擦升溫（機械功）、電

4、加熱（電功） 功是過程量功是過程量摩擦功：摩擦功：dwf dlr電功：電功：dwIUdtUdq通常：通常：微量功微量功 = 廣義力廣義力 廣義位移廣義位移準靜態(tài)過程氣體對外界做功：準靜態(tài)過程氣體對外界做功：dw PdVPV12W總功：總功：wdwPdVVV12u系統(tǒng)和外界溫度不同，就會傳熱，或稱能量交換，系統(tǒng)和外界溫度不同，就會傳熱，或稱能量交換， 熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。微小熱量微小熱量 ：dQ 0 表示系統(tǒng)從外界吸熱；表示系統(tǒng)從外界吸熱；0則為正循環(huán)；則為正循環(huán)； 反之為逆循環(huán)。反之為逆循環(huán)。u正循環(huán)過程對應熱機，正循環(huán)過程對應熱機， 逆逆循環(huán)過程循環(huán)過程

5、對應致冷機。對應致冷機。熱機效率：熱機效率：(efficiency) WQQQ1211致冷系數(shù)：致冷系數(shù)：(Coefficient of performance)wQWQQQ2212u循環(huán)為準靜態(tài)過程，在狀循環(huán)為準靜態(tài)過程，在狀態(tài)圖中對應閉合曲線。態(tài)圖中對應閉合曲線。V例，在例，在P-V圖圖P正循環(huán)正循環(huán)逆循環(huán)逆循環(huán)3.7 卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)(Carnot cycle)Q1Q2W高溫熱庫高溫熱庫T1低溫熱庫低溫熱庫T2工質工質準靜態(tài)循環(huán)，準靜態(tài)循環(huán)，工質工質為為理想氣體，只和兩個理想氣體，只和兩個恒溫熱庫交換熱量。恒溫熱庫交換熱量。PVT1T2卡諾循環(huán)的熱機效率：卡諾循環(huán)的熱機效率：121TT3.8 致冷機致冷機(Refrigerator)Q1Q