大学物理课件-热力学第一定律.ppt
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1、第四章第四章 热力学基础热力学基础 4.1 准静态过程功热量准静态过程功热量4.2 热力学第一定律热力学第一定律4.3 理想气体的三个等值过程和绝热过程理想气体的三个等值过程和绝热过程4.4 循环过程卡诺循环循环过程卡诺循环4.5 热力学第二定律热力学第二定律4.6 熵熵增加原理熵熵增加原理4.14.1 准静态过程功热量准静态过程功热量4.1.1 4.1.1 准静态过程和过程曲线准静态过程和过程曲线二、准静态过程准静态过程过程进行的每一步系统均无限接近于平衡态。过程进行的每一步系统均无限接近于平衡态。过程进行的每一步系统均无限接近于平衡态。过程进行的每一步系统均无限接近于平衡态。说明:说明:说
2、明:说明:1. 1.是一个理想模型;是一个理想模型;是一个理想模型;是一个理想模型;2. 2.当实际过程进行得当实际过程进行得当实际过程进行得当实际过程进行得非常缓非常缓非常缓非常缓慢慢慢慢,可以近似认为是准静,可以近似认为是准静,可以近似认为是准静,可以近似认为是准静态过程;态过程;态过程;态过程;热力学过程:热力学过程:热力学系统从热力学系统从一个状态变化到另一个状态。一个状态变化到另一个状态。一、热力学过程一、热力学过程 气体气体活塞活塞砂子砂子一般情况下,一般情况下,无限缓慢无限缓慢进行的过程可近似看做进行的过程可近似看做准静态过程。准静态过程。假定系统从某一平衡态开始变化,状态的变化
3、必假定系统从某一平衡态开始变化,状态的变化必然会使原来的平衡态受到破坏,需要经过一定的然会使原来的平衡态受到破坏,需要经过一定的时间(弛豫时间)才能达到平衡态。时间(弛豫时间)才能达到平衡态。常温下气体速度常温下气体速度常温下气体速度常温下气体速度容器线度为容器线度为容器线度为容器线度为1 1mm,则弛豫时间,则弛豫时间,则弛豫时间,则弛豫时间如果实际拉活塞的速度为如果实际拉活塞的速度为如果实际拉活塞的速度为如果实际拉活塞的速度为1 1mm/ /s s,则可以认为是准静态,则可以认为是准静态,则可以认为是准静态,则可以认为是准静态过程。过程。过程。过程。非平衡态非平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态
4、热平衡过程可通过热平衡过程可通过非准静态过程非准静态过程和和准静态过程准静态过程来实现,来实现,例如:系统(例如:系统(T1)从外界()从外界(T2)吸热温度升至)吸热温度升至T2方法方法1 1:让系统直接与热源接触;让系统直接与热源接触;如何设计一个准静态过程?如何设计一个准静态过程?如何设计一个准静态过程?如何设计一个准静态过程?非准静态过程非准静态过程非准静态过程非准静态过程方法方法2 2:让系统依次与一系列温度递增的热源接触;让系统依次与一系列温度递增的热源接触;三、准静态过程的过程曲线三、准静态过程的过程曲线因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态,故因为状态图中任何一点都表示系统
5、的一个平衡态,故准准静态过程静态过程可用系统的状态图(可用系统的状态图(p-V 图、图、p-T 图、图、V-T 图)图)中中一条过程曲线一条过程曲线表示。表示。VP0等温过程等温过程等容过程等容过程等压过程等压过程循环过程循环过程改变系统状态的方法:改变系统状态的方法:作功作功:力学平衡破坏下:力学平衡破坏下 的的能量转移能量转移传热传热:热学平衡破坏下:热学平衡破坏下 的的能量转移能量转移作功是热力学系统与外界交换能量的一种方式,是在力作功是热力学系统与外界交换能量的一种方式,是在力学相互作用过程学相互作用过程(力学平衡条件破坏)(力学平衡条件破坏)中产生的。系统中产生的。系统与外界交换能量
6、的过程中,系统状态发生相应的变化。与外界交换能量的过程中,系统状态发生相应的变化。一、准静态过程中的体积功一、准静态过程中的体积功气体体积从气体体积从 V1 变化到变化到V2,系统对外界所作的总功为:,系统对外界所作的总功为:u uS4.1.2 体积功体积功 气体对外界作功可正可负,气体对外界作功可正可负,系统体积增大系统体积增大,系统对外界作正功。系统对外界作正功。系统体积减小系统体积减小,系统对外界作负功。系统对外界作负功。注意注意 作功在作功在微观上微观上表现为分子表现为分子有规则运动(机械运动)有规则运动(机械运动)和分子无规则热运动间能量的转换和分子无规则热运动间能量的转换,这是通过
7、分子,这是通过分子间碰撞实现的。间碰撞实现的。作功是过程量作功是过程量p(p1 ,V1 )(p2 ,V2)OVVp(p1 ,V1 )(p2 ,V2)OVp(p1 ,V1 )(p2 ,V2)O功的量值等于功的量值等于 p p- -V V 图中,过程曲线下面的面积。图中,过程曲线下面的面积。二、体积功的图示法求解二、体积功的图示法求解总功总功:元功元功:Vp0V1V2V V+dVA3A2A1状态发生相同变化所经不同过程中的功状态发生相同变化所经不同过程中的功:功是过程量功是过程量解:解:(1) 等压过程等压过程(2) 等温过程等温过程 例:例: 摩尔理想气体准静态膨胀,初态体积为摩尔理想气体准静态
8、膨胀,初态体积为V1,温,温度为度为T1,系统从初态分别按等压、等温两种方式,系统从初态分别按等压、等温两种方式膨胀到体积膨胀到体积V2,求:等压、等温两种过程中系统,求:等压、等温两种过程中系统对外界的功,并比较它们的大小。对外界的功,并比较它们的大小。pVV1V2等等压压等等温温O传热的微观本质是传热的微观本质是分子无规则热运动间的平均动分子无规则热运动间的平均动 能通过分子碰撞的传递能通过分子碰撞的传递。传热是热力学系统与外界交换能量传热是热力学系统与外界交换能量的另一种方式,是在热学相互作用的另一种方式,是在热学相互作用过程过程(存在温度差,热学平衡条件(存在温度差,热学平衡条件破坏)
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- 大学物理 课件 热力学 第一 定律