第2节 热力学基础概要1.ppt

逆循环 3.致冷机 致冷机是逆循环工作的，是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中的装置。它使低温源温度降低。 例如：电冰箱、空调都属于致冷机。 1.工作示意图 致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中，从而使低温源温度降低。 2.致冷系数 致冷系数： 高温热源T1 低温热源T2 室外 室内 播放动画 节流阀 冷凝器 压缩机 冰室 3.电冰箱工作原理 致冷系数： 如果外界做一定的功，从低温源吸取的热量越多，致冷效率越大。 由能量守恒： 例：奥托机是德国物理学家奥托发明的一种热机，以其原理制造的发动机现仍在使用。奥托机的循环曲线是由两条绝热线和两条等容线构成。 a 证明：热机效率为 播放动画 解： 2-3为等容吸热过程 4-1为等容放热过程 a 热机效率 * 第二节 热力学基础 热力学系统：热力学研究的对象。 这一节只研究理想气体系统。 当热力学系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程。 实际发生的过程往往进行的较快，在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变化，这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态。这种过程为非静态过程。 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态，则些过程为准静态过程。 对准静态过程，在任何时刻系统的状态都可以当平衡态来处理。也就是说，准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程。 前 言 准静态过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下才可能实现。实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ才可近似看作准静态过程。 作为准静态过程中间状态的平衡态，具有确定的状态参量值。 准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学的基础，我们要着重讨论它。 对于一个平衡态，我们可以用状态参量来描述。 过程曲线 非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。 对于简单系统可用P—V图上的一点来表示这个平衡态。系统的准静态变化过程可用P—V图上的一条曲线表示。 1.理想气体内能: 内能：系统中所有分子不规则运动的能量与分子与分子之间相互作用的势能的总和。 内能的改变只决定于系统初末两个状态，与所经历的过程无关。内能是“状态量”。 2.内能增量 单原子分子气体 双原子分子气体 多原子分子气体 一、内能、内能增量 1. 气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。 例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推动气缸活塞对外作功。 微小变化： 活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态压缩或膨胀时，外界的压强Pe必等于此时气体的压强P ，否则系统在有限压差作用下，将失去平衡，称为非静态过程。若有摩擦力存在，虽然也可使过程进行的无限缓慢，但也不是准静态过程。 二、功 体积变化从 V1—V2，在整个过程中气体作功为： 元功 压力 由功的定义： 只考虑无摩擦准静态过程的功。 2.气体作功的计算 由积分意义可知，功的大小等于P—V 图上过程曲P=P(V)下的面积： 1-2与1-1’-2两个过程的始末状态相同，但过程曲线不同，两条曲线下的面积不同，则作功也不同。 特殊： （不一定是准静态过程） 等容过程：A等容=0 注意： 功的大小不仅取决于系统的始末状态，且与系统经历的过程有关。 功是过程量 等压过程：A等压= P(V2-V1) 例如：一杯80oC的热水，向周围温度较低的空气放出热量，这是一个过程，而说这杯水具有多少热量是错的，具有的是内能，当水温度下降时，内能也减小。 2.热量与温度的区别 热量是系统内能变化的一种量度，是过程量。 温度反映了物体冷热程度，是分子平均平动动能的标志，是状态量。 3.热量的计算 1.热的本质是传递的能量。该能量的多少就是热量。 c是比热：1kg物质升高1 oC吸收的热量； Mc是热容：Mkg物质升高1 oC吸收的热量； 三、热量 定义 Mmolc 为摩尔热容： 1 mol 气体升高 1 oC 所吸收的热量。 热量 摩尔热容还可定成 符号 表示“元”， 因为Q不是状态函数，不能写成微分。 因热量与过程有关，故同一系统，在不同过程中的热容量有不同的值，有实际意义的是使热传递过程在一定条件下进行，因而有常用的定容热容量与定压热容量。 等容过程：引入等容摩尔热容CV，表示在等容过程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 等压过程：引入等压摩尔热容CP，表示在等压过程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 规定： 热量 系统吸热： 系统放热： 热量 设一热力学系统，初始时内能为E1，如果系统吸热，使系统内能增加到E2，系统对外作功A。 在一般情况下，系统内能的改变可能是作功与传