大学物理课件热力学第一定律.ppt
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1、15-2准静态过程准静态过程 热量热量 功功 一、准静态过程一、准静态过程定义:热力学系统在状态发生变化的过程中,每一时刻定义:热力学系统在状态发生变化的过程中,每一时刻 系统的状态都无限地接近平衡态,此过程称准静系统的状态都无限地接近平衡态,此过程称准静 态过程(或称平衡过程)。态过程(或称平衡过程)。驰豫时间:一个系统如果最初处于非平衡态,经过一段驰豫时间:一个系统如果最初处于非平衡态,经过一段 时间过渡到了一平衡态,该过渡时间称驰豫时间过渡到了一平衡态,该过渡时间称驰豫 时间。时间。第第15章章 热力学第一定律热力学第一定律PV0ABCabc二、热量二、热量传热:通过分子间的相互作用传递
2、分子的无规则运动传热:通过分子间的相互作用传递分子的无规则运动 能量而改变物体内能的过程。能量而改变物体内能的过程。条件:系统与外界的温度不同。条件:系统与外界的温度不同。热量(热量(Q):):传热过程中所传递的能量。传热过程中所传递的能量。单位:单位:J 1cal=4.1855JPV0ABCabc三、功(体积功)三、功(体积功)元功:元功:实验一实验一作功增加物体内能作功增加物体内能AAAQ实验二实验二传递热量也可传递热量也可增加物体内能增加物体内能15-3热力学第一定律热力学第一定律 QA无限小过程:无限小过程:有限过程:有限过程:其中:其中:15-5气体的摩尔热容量气体的摩尔热容量 摩尔
3、热容量:摩尔热容量:1mol物质,当温度升高物质,当温度升高1K时所时所吸取的热量吸取的热量c是同一物质的比热是同一物质的比热一、气体的定容摩尔热容量一、气体的定容摩尔热容量与温度无关与温度无关二、气体的定压摩尔热容量二、气体的定压摩尔热容量与与温度无关温度无关可见可见迈耶公式迈耶公式比热比:比热比:刚性单原子刚性单原子刚性双原子刚性双原子刚性多原子刚性多原子总结:总结:无论等容过程、等压过程:无论等容过程、等压过程:例补:例补:20mol氧气由状态氧气由状态1变化到状态变化到状态2所经历的过程所经历的过程如图,(如图,(1)沿)沿1m2路径;(路径;(2)沿)沿12直线。试分直线。试分别求出
4、这两过程中的别求出这两过程中的A与与Q及氧气内能的变化及氧气内能的变化氧气分子当成刚性分子理想气体看待。氧气分子当成刚性分子理想气体看待。0105052012m解解(1)1m2过程:过程:对于对于1m过程,由于体积不变(等容过程),所以过程,由于体积不变(等容过程),所以对于对于m2过程:过程:对于整个对于整个1m2过程:过程:(2)12过程:过程:功功可由直线下面积求出:可由直线下面积求出:由由热力学第一定律得:热力学第一定律得:15-4热力学第一定律对热力学第一定律对理想气体等值过程的应用理想气体等值过程的应用 一、等温过程一、等温过程恒恒温温体体A1、等温过程的实现:、等温过程的实现:则
5、则内能不变内能不变代入上式代入上式2、等温过程的热量:、等温过程的热量:3、理想气体等温过程作功图示:理想气体等温过程作功图示:VPP1V1V2P2TAIII等温线是等轴双曲线的一支等温线是等轴双曲线的一支曲线下的面积表示理想气体从曲线下的面积表示理想气体从初始状态初始状态I等温膨胀到末态等温膨胀到末态II所所作的功:作的功:二、等容过程二、等容过程1、等容过程的实现:、等容过程的实现:2、求、求对等容过程:对等容过程:VPIIIP1P2V3、等容过程的、等容过程的P-V图:图:三、等压过程三、等压过程1、等压过程的实现:、等压过程的实现:A内能的改变量:内能的改变量:对外作功:对外作功:2、
6、求、求3、等压过程的、等压过程的P-V图:图:VPV1V2PIIIA15-6绝热过程绝热过程 一、绝热过程一、绝热过程1、定义:当系统的状态发生变化时,系统和外界不发生、定义:当系统的状态发生变化时,系统和外界不发生 热传递的过程。热传递的过程。2、特征:、特征:二、求绝热过程中的功二、求绝热过程中的功A由由热力学第一定律可知:热力学第一定律可知:对于有限变化:对于有限变化:A绝热壁绝热壁三、绝热方程三、绝热方程(1)(2)(3)其中:其中:均为均为常数常数由(由(2)式可得:)式可得:所以:所以:I绝热膨胀:绝热膨胀:II绝热压缩:绝热压缩:四、绝热过程的四、绝热过程的P-V图图1、P-V图
7、:图:VPIIIA0将绝热方程代入将绝热方程代入可得:可得:2、绝热过程与等温过程的比较:、绝热过程与等温过程的比较:(1)绝热过程方程:)绝热过程方程: 等温过程方程:等温过程方程:(2)P-V图的比较:图的比较:气体压缩或膨胀时气体压缩或膨胀时气体压强变化不同气体压强变化不同VPABCA点相交点相交比较在比较在A点斜率:点斜率:可见绝热线比等温线陡可见绝热线比等温线陡例补:设有某种单原子理想气体,经历如图所示的一系例补:设有某种单原子理想气体,经历如图所示的一系列状态变化过程,其中列状态变化过程,其中ab为等压过程,为等压过程,bc为等容过程,为等容过程,cd为等温过程,已知为等温过程,已
8、知 求各分过程的求各分过程的 各为多少?各为多少?210124abcdV(L)解:解:ab等压过程:等压过程:bc等容过程:等容过程:cd等温过程等温过程:例补:气缸中有一定质量的氦气(视为理想气体),例补:气缸中有一定质量的氦气(视为理想气体),若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半,求变化前后:若使其绝热碰胀后气体的压强减少一半,求变化前后:(1)气体分子平均速率之比)气体分子平均速率之比 ?(2)气体内能之比)气体内能之比 ?解:根据绝热方程:解:根据绝热方程:(1)平均速率:)平均速率:氦是氦是单原子分子,单原子分子,(2)气体内能:气体内能:例补:有例补:有3mol温度为温度为 的理想气
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