高二物理競賽準(zhǔn)靜態(tài)過程 課件

第三章熱力學(xué)第一定律§3.1準(zhǔn)靜態(tài)過程§3.2功、熱、內(nèi)能§3.3熱力學(xué)第一定律§3.4熱容量§3.5理想氣體的絕熱過程§3.6循環(huán)過程§3.7卡諾循環(huán)§3.8致冷機(jī)1、準(zhǔn)靜態(tài)過程

Quasi-staticprocess狀態(tài)隨時(shí)間的變化稱為“過程”。熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化的過程稱為熱力學(xué)過程。由于中間狀態(tài)不同，熱力學(xué)過程可分為兩種類型：1．非靜態(tài)過程（又稱非平衡過程）某熱力學(xué)系統(tǒng)從始態(tài)（平衡態(tài)）經(jīng)一系列變化到達(dá)終態(tài)（平衡態(tài)），經(jīng)歷了從平衡態(tài)到非平衡態(tài)（系統(tǒng)各部分狀態(tài)參量不均勻）、再到平衡態(tài)的過渡。這種始末兩態(tài)之間所經(jīng)歷的中間狀態(tài)為非平衡態(tài)的過程稱為非靜態(tài)過程。例如推動(dòng)活塞快速壓縮氣缸內(nèi)的氣體。2．準(zhǔn)靜態(tài)過程(2)實(shí)現(xiàn)“準(zhǔn)靜態(tài)過程”的條件：準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想過程，當(dāng)實(shí)際過程進(jìn)行得無限緩慢時(shí)，各時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)就無限地接近于平衡態(tài)，該過程便是準(zhǔn)靜態(tài)過程。系統(tǒng)受外界作用從一個(gè)平衡態(tài)總要打破平衡才能達(dá)到另一個(gè)平衡態(tài)，那么“準(zhǔn)靜態(tài)過程”如何實(shí)現(xiàn)呢？(1)定義：系統(tǒng)在始末兩平衡態(tài)之間任意時(shí)刻所經(jīng)歷的中間狀態(tài)都可近似地視為平衡態(tài)的過程，稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程，或者說“準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列依次接替的平衡態(tài)所組成的過程”。所謂“過程進(jìn)行的無限緩慢”是相對(duì)馳豫時(shí)間（即孤立系統(tǒng)從非平衡態(tài)變化到平衡態(tài)所需要的時(shí)間)來說的。當(dāng)實(shí)際過程所經(jīng)歷的時(shí)間大于馳豫時(shí)間時(shí)，就可將該過程視為無限緩慢了。這時(shí)在任何時(shí)刻進(jìn)行觀察，系統(tǒng)都已有充分時(shí)間達(dá)到平衡態(tài)。例如：氣缸內(nèi)處于平衡態(tài)的氣體受到壓縮再達(dá)到平衡所需時(shí)間（即馳豫時(shí)間）為10-3

秒，而實(shí)際壓縮一次需時(shí)1秒，約為馳豫時(shí)間的1000倍。則該壓縮過程便可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程。u外界壓強(qiáng)總比系統(tǒng)壓強(qiáng)大一小量ΔP，就可以緩慢壓縮。p1V1p2V2Vp從非靜態(tài)過程向準(zhǔn)靜態(tài)過程逼近p1V1p2V2舉例2：系統(tǒng)（初始溫度T1）從外界吸熱達(dá)到溫度T2系統(tǒng)T1T1+ΔTT1+2ΔTT1+3ΔTT21.從T1T2

是準(zhǔn)靜態(tài)過程2.系統(tǒng)溫度T1

直接與熱庫T2接觸，最終達(dá)到熱平衡不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。(3)準(zhǔn)靜態(tài)過程可用系統(tǒng)的狀態(tài)圖（如p–V

圖或p–T

圖或V–T

圖）中的一條曲線表示。請(qǐng)看下圖。狀態(tài)圖上任何一點(diǎn)表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)。由一系列平衡態(tài)組成的準(zhǔn)靜態(tài)過程在p-V

狀態(tài)圖中用一條連續(xù)曲線來表示。p-V圖上幾條準(zhǔn)靜態(tài)過程曲線ⅣⅣ－－循環(huán)過程曲線內(nèi)能是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，物質(zhì)的狀態(tài)一定，內(nèi)能也一定，當(dāng)系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，不管它的變化過程如何，內(nèi)能的改變總是一個(gè)定值。那么怎樣改變系統(tǒng)的狀態(tài)，從而引起系統(tǒng)內(nèi)能的變化呢？傳熱做功一、功功是能量傳遞與轉(zhuǎn)化的量度。對(duì)系統(tǒng)做功使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，同時(shí)就完成了能量的傳遞與轉(zhuǎn)移過程。例如：1.對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功如圖所示，重物下落帶動(dòng)輪葉旋轉(zhuǎn)，通過攪拌對(duì)絕熱容器內(nèi)的液體做功（葉片克服它與液體之間的摩擦力做功），使液體升溫，即狀態(tài)發(fā)生變化。在這一過程中完成了機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化和傳遞過程。注意：應(yīng)當(dāng)注意功是過程量而不是狀態(tài)函數(shù)。2．對(duì)系統(tǒng)做電功

電流通過電熱絲使絕熱容器內(nèi)的液體溫度升高，在這一過程中電能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能。二、熱量與傳熱系統(tǒng)與外界之間由于存在溫度差而傳遞的能量叫做熱量。例如，電爐對(duì)貯水器（A)內(nèi)的水加熱，把能量不斷地傳遞給低溫的水，水在未沸騰前溫度逐漸升高，使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)能增加。微觀解釋：從微觀上看系統(tǒng)內(nèi)能的變化是通過高溫物體（電爐）的分子與貯水器的器壁分子相互碰撞交換能量，再通過貯水器器壁分子與水分子碰撞交換能量所產(chǎn)生的結(jié)果。熱量傳遞（傳熱）可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。思考：“做功”與“傳遞熱量”都是能量交換的方式，并在改變系統(tǒng)狀態(tài)上等效，二者在本質(zhì)上有什么區(qū)別？做機(jī)械功的過程是通過分子間的碰撞發(fā)生的宏觀機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換和傳遞過程。傳熱過程實(shí)質(zhì)上是通過分子之間相互作用，即在不發(fā)生宏觀位移的情況下，通過分子力做“微觀功”來傳遞分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量，改變系統(tǒng)內(nèi)能的過程。解答：

對(duì)系統(tǒng)做機(jī)械功(摩擦功或體積功)是與物體的宏觀位移相聯(lián)系的(如輪葉在液體中旋轉(zhuǎn)，活塞移動(dòng)等)。從微觀上看，物體發(fā)生宏觀位移時(shí)，其中所有分子將在無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上附加一個(gè)共同的有規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在做功過程中，通過分子間的碰撞將有規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量(宏觀上表現(xiàn)為機(jī)械能)轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量。分子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)能量的總和在宏觀上表現(xiàn)為系統(tǒng)的內(nèi)能。因此，做機(jī)械功的過程是通過分子間的碰撞發(fā)生的宏觀機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換和傳遞過程。

向系統(tǒng)傳遞熱量是以系統(tǒng)和外界的溫度不同為條件的。溫度不同(分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能不同)的物體相互接觸時(shí)，通過分子的碰撞，相互摻和，平均動(dòng)能大的分