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文檔簡介

1、第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ)第1頁第1頁本章重點和難點重點:熱力學(xué)第一定律在等體、等壓、等溫和絕熱過程中詳細(xì)討論。循環(huán)效率計算和卡諾循環(huán)。難點:絕熱過程方程推導(dǎo)、等溫線和絕熱線關(guān)系相關(guān)討論。第2頁第2頁6.1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量熱力學(xué)第一定律第3頁第3頁一 準(zhǔn)靜態(tài)過程(抱負(fù)化過程) 準(zhǔn)靜態(tài)過程:從一個平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所通過每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)過程 .氣體活塞砂子12第4頁第4頁二 功(過程量)宏觀運(yùn)動能量熱運(yùn)動能量第5頁第5頁+系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增長內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功第一定律符號要求 1)包括熱現(xiàn)象在內(nèi)能量轉(zhuǎn)換和守恒定律 . 第一類永動機(jī)是不也許制成 . 2)試驗經(jīng)驗總

2、結(jié),自然界普遍規(guī)律 .物理意義第6頁第6頁6.2 抱負(fù)氣體等體、等壓等溫和絕熱過程第7頁第7頁計算各等值過程熱量、功和內(nèi)能理論基礎(chǔ)(1)(抱負(fù)氣體共性)(2)處理過程中能量轉(zhuǎn)換問題(3)(抱負(fù)氣體狀態(tài)函數(shù)) (4) 各等值過程特性 .(1)(抱負(fù)氣體共性)(1)第8頁第8頁 抱負(fù)氣體內(nèi)能改變 定體摩爾熱容 定壓摩爾熱容 摩爾熱容比 抱負(fù)氣體摩爾熱容理論計算第9頁第9頁等體 等壓 等溫 絕熱過程過程特點過程方程熱一律內(nèi)能改變摩爾熱容第10頁第10頁VPAB*o答:( B ) 例 一定量抱負(fù)氣體,由平衡態(tài) A B ,則無論通過什么過程,系統(tǒng)必定: A)對外作正功; B)內(nèi)能增長; C)從外界吸熱;

3、 D) 向外界放熱。功和熱量都是過程量, 始末狀態(tài)確定后,不同過程,功和熱量是不同; 而內(nèi)能是狀態(tài)量只決定于始末狀態(tài), 與過程無關(guān) .第11頁第11頁 例 一定量抱負(fù)氣體從體積 膨脹到體積 分別通過下列過程,其中吸熱最多過程是什么過程?(A-B等壓過程;A-C 等溫過程;A-D 絕熱過程)解ABCD第12頁第12頁例3(習(xí)題10) 如圖所表示,一定量單原子分子抱負(fù)氣體,從A狀態(tài)出發(fā),通過等壓過程膨脹到B態(tài),又經(jīng)絕熱過程膨脹到C態(tài)。試求全過程中氣體對外所做功,內(nèi)能增量以及吸取熱量。第13頁第13頁6.3 循環(huán)過程 卡諾循環(huán)第14頁第14頁熱機(jī) :連續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣C(jī)器 .工作物質(zhì)(工質(zhì)):熱機(jī)

4、中被利用來吸取熱量并對外做功物質(zhì) .第15頁第15頁冰箱循環(huán)示意圖第16頁第16頁熱力學(xué)第一定律凈功特性一 循環(huán)過程AB總吸熱總放熱(取絕對值)第17頁第17頁熱機(jī)二 熱機(jī)效率和致冷機(jī)致冷系數(shù)熱機(jī)效率高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)(正循環(huán))AB第18頁第18頁致冷機(jī)致冷系數(shù)致冷機(jī)(逆循環(huán))致冷機(jī)高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩碅B第19頁第19頁P(yáng)VACBD等溫絕熱過程內(nèi)能增量E/J作功W/J吸熱Q/JAB050BC-50CD-50-150DAABCD 循環(huán)效率 例 一定量抱負(fù)氣體循環(huán)過程如 PV 圖所表示,請?zhí)顚懕砀裰锌崭?50500-100150015025%第20頁第20頁1423 例 1 1 mol 氦氣通過如

5、圖所表示循環(huán)過程,其中 , 求12、23、34、41各過程中氣體吸取熱量和熱機(jī)效率 .解 由抱負(fù)氣體物態(tài)方程得第21頁第21頁1423第22頁第22頁例(習(xí)題15)1mol剛性雙原子分子抱負(fù)氣體做如圖所表示可逆循環(huán)過程,其中12為直線,23為絕熱線,31為等溫線。已知T2=2T1,V3=8V1,試求:(1)各過程所做功和傳遞熱量;(用T1和已知常量表示)(2)此循環(huán)效率。第23頁第23頁三 卡諾循環(huán) 低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD 卡諾循環(huán)兩個準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程兩個準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程構(gòu)成第24頁第24頁WABCD 抱負(fù)氣體卡諾循環(huán)熱機(jī)效率計算 A B 等溫膨脹 B C 絕熱膨脹 C D 等溫壓縮

6、D A 絕熱壓縮卡諾循環(huán)A B 等溫膨脹吸熱第25頁第25頁A B 等溫膨脹吸熱C D 等溫壓縮放熱 D A 絕熱過程B C 絕熱過程 第26頁第26頁 卡諾熱機(jī)效率WABCD卡諾熱機(jī)效率與工作物質(zhì)無關(guān),只與兩個熱源溫度相關(guān),兩熱源溫差越大,則卡諾循環(huán)效率越高 . 第27頁第27頁WABCD高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī) 卡諾致冷機(jī)(卡諾逆循環(huán))卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)第28頁第28頁 圖中兩卡諾循環(huán) 嗎 ?討 論第29頁第29頁6.4 熱力學(xué)第二定律第30頁第30頁開爾文說法:不也許制造出這樣一個循環(huán)工作熱機(jī),它只使單一熱源冷卻來做功,而不放出熱量給其它物體,或者說不使外界發(fā)生任何改變 . 第二定律提

7、出1.功熱轉(zhuǎn)換條件第一定律無法闡明.2.熱傳導(dǎo)方向性、氣體自由膨脹不可逆性問題第一定律無法闡明.熱力學(xué)第二定律兩種表述 第31頁第31頁等溫膨脹過程是從單一熱源吸熱作功,而不放出熱量給其它物體,但它非循環(huán)過程.12W W低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ熱機(jī)WABCD卡諾循環(huán)是循環(huán)過程,但需兩個熱源,且使外界發(fā)生改變.第32頁第32頁即使卡諾致冷機(jī)能把熱量從低溫物體移至高溫物體,但需外界作功且使環(huán)境發(fā)生改變 .克勞修斯說法:不也許把熱量從低溫物體自動傳到高溫物體而不引起外界改變 .高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩纯ㄖZ致冷機(jī)WABCD第33頁第33頁注 意1.熱力學(xué)第二定律是大量試驗和經(jīng)驗總結(jié).3. 熱力學(xué)第二定律可有各種說

8、法,每一個說法都反應(yīng)了自然界過程進(jìn)行方向性 .2. 熱力學(xué)第二定律開爾文說法與克勞修斯說法含有等效性 .第34頁第34頁準(zhǔn)靜態(tài)無摩掠過程為可逆過程可逆過程:在系統(tǒng)狀態(tài)改變過程中,假如逆過程能重復(fù)正過程每一狀態(tài),而不引起其它改變,這樣過程叫做可逆過程 . 可逆過程與不可逆過程第35頁第35頁 非準(zhǔn)靜態(tài)過程為不可逆過程 .不可逆過程:在不引起其它改變條件下,不能使逆過程重復(fù)正過程每一狀態(tài),或者雖能重復(fù)但必定會引起其它改變,這樣過程叫做不可逆過程.準(zhǔn)靜態(tài)過程(無限緩慢過程),且無摩擦力、粘滯力或其它耗散力作功,無能量耗散過程 .可逆過程條件第36頁第36頁非自發(fā)傳熱自發(fā)傳熱高溫物體低溫物體 熱傳導(dǎo)

9、熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象相關(guān)實際宏觀過程都是不可逆 .熱力學(xué)第二定律實質(zhì)無序有序自發(fā)非均勻、非平衡均勻、平衡自發(fā)第37頁第37頁1) 在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g工作任意工作物質(zhì)可逆機(jī)都含有相同效率 . 卡諾定理2) 工作在相同高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g一切不可逆機(jī)效率都不也許不小于可逆機(jī)效率 .( 不可逆機(jī) )(可逆機(jī))以卡諾機(jī)為例,有第38頁第38頁本章內(nèi)容小結(jié)第39頁第39頁1. 準(zhǔn)靜態(tài)過程從一個平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所通過每一中間狀態(tài)均可近似當(dāng)作平衡態(tài)過程 . 準(zhǔn)靜態(tài)過程在平衡態(tài) p V 圖上可用一條曲線來表示2. 準(zhǔn)靜態(tài)過程功計算(功是過程量)3. 熱量:熱量是高溫物體向低溫

10、物體傳遞能量. (熱量也是過程量)摩爾熱容:1mol抱負(fù)氣體溫度升高1度所吸取熱量. (與詳細(xì)過程相關(guān))第40頁第40頁抱負(fù)氣體內(nèi)能改變與 關(guān)系5. 熱力學(xué)第一定律 系統(tǒng)從外界吸取熱量,一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增長,另一部分使系統(tǒng)對外界做功.Q = E2- E1 + W 對于無限小過程 dQ = dE + dW(注意:各物理量符號要求)內(nèi)能是狀態(tài)量 E = E(T)4. 抱負(fù)氣體內(nèi)能:抱負(fù)氣體不考慮分子間互相作用,其內(nèi)能只是分子無規(guī)則運(yùn)動能量(包括分子內(nèi)原子間振動勢能)總和,是溫度單值函數(shù).第41頁第41頁6. 循環(huán):系統(tǒng)通過一系列狀態(tài)改變后,又回到本來狀態(tài)過程叫循環(huán). 循環(huán)可用 pV 圖上一條閉合曲線表示. 熱機(jī)效率 熱機(jī): 順時針方向進(jìn)行循環(huán)致冷系數(shù) 致冷機(jī): 逆時針方向進(jìn)行循環(huán)卡諾熱機(jī)效率卡諾致冷機(jī)致冷系數(shù)卡諾循環(huán): 系統(tǒng)只和兩個恒溫?zé)嵩催M(jìn)行熱互換準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程.第42頁第42頁開爾文表述: 不也許制造出這樣一個循環(huán)工作熱機(jī),它只使單一熱源冷卻來做功,而不放出熱量給其它物體,或者說不使外界發(fā)生任何改變 .克勞修斯表述 不也許把熱量從低溫物體自動傳到高溫物體而不引起外界改變 .7. 熱力學(xué)第二定律8. 可逆過程與不可逆過程在系統(tǒng)狀態(tài)改變過程中,假如逆過程能重復(fù)正過程每一狀

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