新熱力學(xué)基礎(chǔ)

新熱力學(xué)基礎(chǔ)第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章熱力學(xué)第一定律§1熱力學(xué)過程§2功、熱、內(nèi)能§3熱力學(xué)第一定律§4熱容量§5理想氣體的絕熱過程§6循環(huán)過程§7卡諾循環(huán)§8致冷機(jī)第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化時(shí)，我們就說系統(tǒng)在經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)過程，簡稱過程。例：推進(jìn)活塞壓縮汽缸內(nèi)的氣體時(shí)，氣體的體積，密度，溫度或壓強(qiáng)都將變化，在過程中的任意時(shí)刻，氣體各部分的密度,壓強(qiáng)，溫度都不完全相同。第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月準(zhǔn)靜態(tài)過程

Quasi-staticprocess過程中的每一狀態(tài)都是平衡態(tài)(Equilibriumstate)

系統(tǒng)狀態(tài)的變化——熱力學(xué)過程。不受外界影響時(shí)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。舉例1：外界對系統(tǒng)做功u過程無限緩慢非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時(shí)間，

即弛豫時(shí)間，約10-3秒，如果

實(shí)際壓縮一次所用時(shí)間為1秒，

就可以說是準(zhǔn)靜態(tài)過程。

外界壓強(qiáng)總比系統(tǒng)壓強(qiáng)大一小量△P，就可以緩慢壓縮。第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月舉例2：系統(tǒng)（初始溫度T1）從外界吸熱系統(tǒng)T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2從T1T2

是準(zhǔn)靜態(tài)過程

系統(tǒng)溫度T1直接與熱源

T2接觸，最終達(dá)到熱平衡，

不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。因?yàn)闋顟B(tài)圖中任何一點(diǎn)都表示

系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)，故準(zhǔn)靜態(tài)

過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如

P-V圖（或P-T圖，V-T圖）中

一條曲線表示，反之亦如此。

VPo等溫過程等容過程等壓過程循環(huán)過程第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月功、熱、內(nèi)能

(Work,Heat,Internalenergy)做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)摩擦升溫（機(jī)械功）、電加熱（電功）摩擦功：電功：通常：微量功=廣義力×廣義位移第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月考慮無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程的功。當(dāng)活塞移動(dòng)微小位移dl時(shí)，系統(tǒng)向外界所作的元功為：PePeP在無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程中pe=p：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，外界向系統(tǒng)所作的總功為：準(zhǔn)靜態(tài)過程外界對氣體做功：第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月功是過程量由積分意義可知，用上式求出功的大小等于p-V圖上過程曲線p=p(V)下的面積。比較a,b兩過程曲線下的面積可知，功的數(shù)值不僅與初態(tài)和末態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過程的路徑有關(guān)。所以功是過程量。第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)和外界溫度不同，就會(huì)傳熱，或稱能量交換，熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。微小熱量：

>0表示系統(tǒng)從外界吸熱；<0表示系統(tǒng)向外界放熱?？偀崃浚?/p>

積分與過程有關(guān)。

熱量是過程量熱量傳遞的是能量。作功與傳熱是使系統(tǒng)能量發(fā)生變化的兩種不同形式功和熱量存在互相轉(zhuǎn)化的數(shù)值關(guān)系

第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)

重物下降帶動(dòng)葉片通過攪拌方式對絕熱量熱器內(nèi)的水作功,使水溫從T1升高到T2．

電流通過電熱絲使絕熱量熱器內(nèi)的水溫從T1升高到T2,電源對系統(tǒng)作功．

(Jouleexperiment)

焦耳實(shí)驗(yàn)揭示了熱量與功之間確定的當(dāng)量關(guān)系（１卡＝4.186焦耳），表明機(jī)械運(yùn)動(dòng)或電磁運(yùn)動(dòng)與熱運(yùn)動(dòng)之間是可以相互轉(zhuǎn)化的．它啟迪人們繼續(xù)發(fā)現(xiàn)了各種物質(zhì)運(yùn)動(dòng)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，為能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的建立奠定了基礎(chǔ)。

第10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)量如同P、V、T等量內(nèi)能的變化：理想氣體：只與初、末態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。范德瓦爾斯氣體：第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律是包含熱量交換在內(nèi)的能量守恒定律。該定律說明對任一熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)變化到另一狀態(tài)的過程中，外界向該系統(tǒng)傳遞的熱量，一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加，一部分則用于系統(tǒng)對外作功。根據(jù)該定律做功必須由能量轉(zhuǎn)化而來，企圖制造永動(dòng)機(jī)的設(shè)想是不可能實(shí)現(xiàn)的。本部分內(nèi)容概括介紹熱力學(xué)第一定律建立之前的焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)，及熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表述，和該定律在理想氣體各等值過程中的應(yīng)用第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)第一定律(Thefirstlawofthermodynamics)某一過程，系統(tǒng)從外界吸熱Q，對外界做功A，系統(tǒng)內(nèi)能從初始態(tài)U1變?yōu)閁2，則由能量守恒：對無限小過程：第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月熱容量(Heatcapacity)摩爾熱容量C，單位：J/mol·K比熱容c，單位：J/kg·K為過程量定壓熱容量：定容熱容量：也可以是其它過程理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)等容過程：第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月定壓過程：邁耶公式比熱容比γ第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月焓由可知，對于定壓過程，外界對系統(tǒng)所作的功為：A=-P（V2—V1）根據(jù)熱力學(xué)第一定律：U2—U1=Q—A所以，定壓過程中，系統(tǒng)從外界所吸收的熱量為：QP=U2—U1+P（V2—V1）=（U2+PV2）—（U1+P

V1

）引入：H=U+PV——焓H是一個(gè)態(tài)函數(shù)，即QP=H2—H1對于微小過程，（ΔQ）P=ΔH——在定壓過程中，系統(tǒng)從外界所吸收的熱量等于焓的增加。第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月則物體的定壓熱容量為：第17頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體的絕熱過程(Adiabaticprocessoftheidealgas)理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程微分得：氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0，A=0，△U=0第18頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月一水平放置的氣缸內(nèi)，有一絕熱活塞，其兩側(cè)A、B各有體積為V1、壓強(qiáng)為P1、溫度為T1的剛性雙原子理想氣體，今將左側(cè)氣體緩慢加熱，直到右側(cè)氣體被活塞壓縮到V2為止。氣缸外壁除加熱部分外，一律用絕熱材料包裝，且假設(shè)活塞與氣缸之間無摩擦，求左側(cè)氣體所作之功。在活塞右移過程中，右側(cè)氣體所經(jīng)歷的過程是什么？A.等壓過程B.絕熱過程C.準(zhǔn)靜態(tài)等壓過程D.準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程分析解：給氣缸左側(cè)氣體緩慢加熱，活塞右移對右側(cè)氣體作功的過程為準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程,左側(cè)氣體對右側(cè)氣體作功為