課件第五章 熱力學(xué)基礎(chǔ)

§4循環(huán)過程卡諾循環(huán)§3抱負(fù)氣體等值過程§2熱力學(xué)第一定律§1熱力學(xué)基本概念本章主要內(nèi)容：第五章熱力學(xué)基礎(chǔ)1/35本節(jié)主要內(nèi)容§5-1熱力學(xué)第一定律1準(zhǔn)靜態(tài)過程2功—熱量—內(nèi)能3熱力學(xué)第一定律2/35一、準(zhǔn)靜態(tài)過程：當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)從一種平衡態(tài)變化到另一種平衡態(tài)，所經(jīng)歷中間狀態(tài)都無限接近于平衡態(tài)。12oPV初態(tài)末態(tài)中間態(tài)一粒一粒增加沙子中間狀態(tài)無限遲緩打個比方從T1

到T2

是準(zhǔn)靜態(tài)過程例：系統(tǒng)從外界遲緩吸熱遲緩吸熱表達(dá)為小量系統(tǒng)T1初態(tài)末態(tài)3/35V1V2二、功—熱量—內(nèi)能u作功和熱量傳導(dǎo)是系統(tǒng)與外界進(jìn)行能量傳遞方式以氣體膨脹過程為例，氣體對外界作元功為：系統(tǒng)對外界作正功系統(tǒng)對外界作負(fù)功1、功：4/35

準(zhǔn)靜態(tài)過程中功能夠在P－V圖上表達(dá)出來準(zhǔn)靜態(tài)過程(從狀態(tài)1到狀態(tài)2)氣體對外界做功：A(功)大小等于曲線下面積A(功)正負(fù)由過程進(jìn)行方向決定準(zhǔn)靜態(tài)過程（狀態(tài)1到狀態(tài)2）氣體對外界做功與過程有關(guān)12oPV增大(膨脹)，V減小(壓縮)5/35如圖所示，一定量空氣，開始在狀態(tài)A，沿直線AB變化到狀態(tài)B。求此過程中氣體所作功。

O解：（直線AB下面積）過程由膨脹，氣體對外作正功例題6/352、熱量傳遞熱量和做功不一樣，傳遞熱量是通過度子無規(guī)則運動來完成，不需要借助機(jī)械方式，也不顯示任何宏觀運動跡象。注意：熱量也是過程量，其大小與詳細(xì)過程有關(guān)系統(tǒng)由狀態(tài)

1變化到狀態(tài)2過程中吸取熱量微小過程傳遞熱量傳熱過程傳遞能量多少稱作熱量，記作通過熱傳導(dǎo)也能夠使系統(tǒng)和外界進(jìn)行能量交換，從而使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化。7/35

3、內(nèi)能熱力學(xué)系統(tǒng)在一定狀態(tài)下，具有一定能量，稱為熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能。當(dāng)氣體從溫度內(nèi)能變化只決定于初末兩個狀態(tài)，與所經(jīng)歷過程無關(guān)，即內(nèi)能是系統(tǒng)狀態(tài)單值函數(shù)。8/35系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化系統(tǒng)內(nèi)能發(fā)生變化做功傳熱功內(nèi)能變化熱量三者有何關(guān)聯(lián)？熱力學(xué)第一定律9/35試驗證明三個物理量之間有下面關(guān)系：三、熱力學(xué)第一定律假如外界向系統(tǒng)傳遞熱量為Q，系統(tǒng)對外界做功為A，系統(tǒng)從內(nèi)能為E1

平衡態(tài)變化到內(nèi)能為E2

平衡態(tài)，外界向系統(tǒng)傳遞熱量中，一部分用于系統(tǒng)對外做功，一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加。熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律只需要初態(tài)和終態(tài)是平衡態(tài)，在過程中所經(jīng)歷各態(tài)并不需要是平衡態(tài)對于系統(tǒng)狀態(tài)一種微小變化，即元過程，熱力學(xué)第一定律微分形式Veryimportant10/35熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)從外界吸熱時，Q＞0

系統(tǒng)向外界放熱時，Q＜0

有關(guān)Q系統(tǒng)對外界做功時，A＞0

外界對系統(tǒng)做功時，A＜0

有關(guān)A系統(tǒng)內(nèi)能增加時，△E＞0系統(tǒng)內(nèi)能減小時，△E＜0有關(guān)△E正負(fù)要求討論Veryimportant11/35本節(jié)主要內(nèi)容§5-2抱負(fù)氣體等值過程1抱負(fù)氣體等值過程2各等值過程特性12/35一、抱負(fù)氣體等值過程利用熱力學(xué)第一定律和抱負(fù)氣體狀態(tài)方程來計算抱負(fù)氣體等值過程功、熱量、內(nèi)能1、等體過程氣體摩爾定容熱容如圖，汽缸活塞固定，保持氣體體積不變，氣缸連續(xù)與微小溫差恒溫?zé)嵩唇佑|使氣體經(jīng)歷一準(zhǔn)靜態(tài)等容過程，氣體由狀態(tài)1

變化到狀態(tài)

2（體積不變升壓或降壓過程）恒溫?zé)嵩?3/35考慮微小過程，溫度發(fā)生dT變化由熱力學(xué)第一定律氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，溫度由T1

變化到T2

吸取熱量抱負(fù)氣體內(nèi)能等體過程：系統(tǒng)體積在狀態(tài)變化過程中始終保持不變。12PO14/35氣體摩爾定體熱容則氣體摩爾定體熱容：抱負(fù)氣體等體摩爾熱容是一種只與分子自由度有關(guān)量一摩爾氣體在體積不變時，溫度由T升高T+dT時，所吸取或放出熱量為當(dāng)一系統(tǒng)由于加給一微小熱量dQ而溫度升高dT時，dQ/dT這個量即是熱容15/35適應(yīng)于所有過程氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，溫度由T1

變化到T2

吸取熱量等體過程16/35等容過程中，系統(tǒng)吸取熱量所有用于增加氣體內(nèi)能，氣體不對外界做功。恒溫?zé)嵩吹热葸^程12PO注意三個量特性討論17/35氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，

P—V

圖上等溫線如圖氣體體積由V1變化到V2壓強(qiáng)由P1變化到P2考慮微小過程，體積發(fā)生dV

變化由熱力學(xué)第一定律2、等溫過程dT=012PO18/35氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2體積由V1變化到V2吸取熱量12PO抱負(fù)氣體狀態(tài)方程19/3512PO12PO在P-V圖上，任何熱力學(xué)過程曲線下面積等于這一過程中功大?。ㄗ⒁夤φ?fù)）（膨脹或者壓縮）功討論20/35相反過程？等溫過程等溫過程中，系統(tǒng)吸取熱量所有用于對外界做功而抱負(fù)氣體內(nèi)能不變。12PO恒溫?zé)嵩醋⒁馊齻€量特性討論21/35砝碼吸取熱量等壓過程壓強(qiáng)不變22/353、等壓過程氣體摩爾定壓熱容12PO抱負(fù)氣體狀態(tài)方程兩邊取微分恒溫?zé)嵩?3/35氣體由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，溫度由T1

變化到T2

內(nèi)能增量做功吸取熱量12PO24/35一摩爾氣體在壓力不變時，溫度由T變化為T+dT時所吸取或放出熱量摩爾定壓熱容摩爾定壓熱容：邁耶公式25/35比熱容比單原子分子雙原子分子剛性多原子分子CvCp討論Veryimportant26/35在等壓過程中，抱負(fù)氣體吸熱一部分用于增加內(nèi)能，另一部分用于對外作功。等壓過程注意三個量特性12PO討論27/35一定量氣體，吸取了1.71

103J熱量，從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B，如圖所示。求：(1)空氣對外作功；(2)氣體內(nèi)能變化。

O解：例題28/35兩邊取微分抱負(fù)氣體狀態(tài)方程由熱力學(xué)第一定律微分形式4、抱負(fù)氣體絕熱過程系統(tǒng)與外界不發(fā)生熱傳導(dǎo)條件下所發(fā)生過程兩邊積分絕熱方程29/35絕熱線與等溫線(區(qū)分)在P—V

圖上，對應(yīng)過程曲線如圖所示絕熱線與等溫線相同絕熱線要比等溫線陡某些

(why?)比熱容比絕熱方程等溫方程1POPOPO討論30/35氣體在絕熱條件下由狀態(tài)1變化到狀態(tài)2，壓強(qiáng)由P1

變化到P2；體積由V1變化到V2

，系統(tǒng)對外界做功。絕熱過程功系統(tǒng)在狀態(tài)變化過程中始終與外界沒有熱交換31/35

系統(tǒng)從1→2為絕熱過程，據(jù)絕熱方程，可得過程中p—V關(guān)系。系統(tǒng)對外作功為：1PO32/35抱負(fù)氣體等值過程過程方程000絕熱等溫等壓等體過程特征Q△EA在不一樣熱力學(xué)過程中應(yīng)用討論Veryimportant33/35l.0mol氣體從熱源吸取了熱量2.66

105J，其內(nèi)能增加了4.18105J，在這過程中(A)外界對氣體作功為1.52×105J(B)氣體對外界作功為1.52×105J(C)外界對氣體作功為5.12×105J(D)氣體對外界作功為5.12×105J例題34/35一熱力學(xué)系統(tǒng)由如圖所示狀態(tài)a沿acb過程達(dá)到狀態(tài)狀態(tài)b時，吸取了560J熱量，對外做了356J功,假如它沿adb過程達(dá)到狀態(tài)b時，對外做了220J功，它吸取了多少熱量？(A)204J(B)424J