物理B熱力學基礎市公開課獲獎課件

1、第六章 熱力學基礎第1頁第1頁本章重點和難點重點：熱力學第一定律在等體、等壓、等溫和絕熱過程中詳細討論。循環(huán)效率計算和卡諾循環(huán)。難點：絕熱過程方程推導、等溫線和絕熱線關系相關討論。第2頁第2頁6.1 準靜態(tài)過程 功 熱量熱力學第一定律第3頁第3頁一 準靜態(tài)過程（抱負化過程） 準靜態(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）宏觀運動能量熱運動能量第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（1）（抱負氣體共性）（2）處理過程中能量轉(zhuǎn)換問題（3）（抱負氣體狀態(tài)函數(shù)） （4） 各等值過程特性 .（1）（抱負氣體共性）（1）第8頁第8頁 抱負氣體內(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 .第11頁第11頁 例 一定量抱負氣體從體積 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(習題10） 如圖所表示，一定量單原子分子抱負氣體，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 ：連續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣C器 .工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機

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頁熱機二 熱機效率和致冷機致冷系數(shù)熱機效率高溫熱源低溫熱源熱機（正循環(huán)）AB第18頁第18頁致冷機致冷系數(shù)致冷機（逆循環(huán)）致冷機高溫熱源低溫熱源AB第19頁第19頁PVACBD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效率 .解 由抱負氣體物態(tài)方程得第21頁第21頁1423第22頁第22頁例（習題15）1mol剛性雙原子分子抱負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) 低溫熱源高溫熱源卡諾熱機WABCD 卡諾循環(huán)兩個準靜態(tài)等溫過程兩個準靜態(tài)絕熱過程構(gòu)成第24頁第24頁WABCD 抱負氣體卡諾循環(huán)熱機效率計算 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 卡諾熱機效率WABCD卡諾熱機效率與工作物質(zhì)無關，只與兩個熱源溫度相關，兩熱源溫差越大，則卡諾循環(huán)效率越高 . 第27頁第27頁WABCD高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機 卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機致冷系數(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，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低溫熱源高溫熱源卡諾熱機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 .高溫熱源低溫熱源卡諾致冷機WABCD第33頁第33頁注 意1.熱力學第二定律是大量試驗和經(jīng)驗總結(jié).3. 熱力學第二定律可有各種說

8、法，每一個說法都反應了自然界過程進行方向性 .2. 熱力學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，不能使逆過程重復正過程每一狀態(tài)，或者雖能重復但必定會引起其它改變，這樣過程叫做不可逆過程.準靜態(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

9、熱功轉(zhuǎn)換完全功不完全熱自然界一切與熱現(xiàn)象相關實際宏觀過程都是不可逆 .熱力學第二定律實質(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） 在相同高溫熱源和低溫熱源之間工作任意工作物質(zhì)可逆機都含有相同效率 . 卡諾定理2） 工作在相同高溫熱源和低溫熱源之間一切不可逆機效率都不也許不小于可逆機效率 .( 不可逆機 )（可逆機）以卡諾機為例，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)均可近似當作平衡態(tài)過程 . 準靜態(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抱負氣體溫度升高1度所吸取熱量. （與詳細過程相關）第40頁第40頁抱負氣體內(nèi)能改變與 關系5. 熱力學第一定律 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. 抱負氣體內(nèi)能：抱負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. 熱機效率 熱機: 順時針方向進行循環(huán)致冷系數(shù) 致冷機: 逆時針方向進行循環(huán)卡諾熱機效率卡諾致冷機致冷系數(shù)卡諾循環(huán): 系統(tǒng)只和兩個恒溫熱源進行熱互換準靜態(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，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，假如逆過程能重復正過程每一狀