热力学统计物理第一章3_图文.ppt

【复习】 一、准静态过程 二、准静态过程中外界对系统所做的功 体积功、面积功 三、功的理解（过程量） 四、绝热过程、内能（状态函数） 五、热力学第一定律 六、热容量 七、理想气体的内能 只适用于理想气体 § 1.8 理想气体的绝热过程 一、理想气体(准静态)绝热过程的过程方程 又有 热力学第一定律 理想气体物态方程 准静态过程 绝热过程 理想气体的定容热容量 两边微分得 得 整理得 ---绝热过程中系统热力学量满足的函数关系式 在绝热过程中, 还成立吗? 理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，压强与体积的 次方的乘积是恒定不变的。 在理想气体 图上绝热线比等温线为什么更陡？ 若理想气体的温度在过程中变化不大，可把 看作常数，则有 （理想气体绝热过程的过程方程） 绝热线 等温线 二、理想气体的多方过程 多方过程的过程方程 为多方系数,不是摩尔数 多方过程的热容量 对于理想气体 由 和 可得 （以1摩尔理想气体为例） （理想气体绝热过程的过程方程） （1）“常数”并不相同。 （2） 可通过测定在该气体中的声速来确定。 对 两边微分，得 所以 等温过程 绝热过程 等压过程 等容过程 （1）热机：通过工作物质所进行的过程，不断把其所吸收的热量转化为机械功的装置。 §1.9 理想气体的卡诺循环 一、等温过程 对于理想气体，在等温过程有 （3）卡诺循环：由两个等温过程和两个绝热过程组成。 以 理想气体为例，研究这两个过程。 气体体积由 变到 时，外界作的功为 （2）循环：系统从初态出发，经历一系列过程，又回到初态，为一个循环。 （ 此时为常数） 对于理想气体，在绝热过程有 由热力学第一定律可知 上式表明：在等温膨胀过程中，理想气体从外界吸收热量，这热量全部转化为气体对外所作的功；在等温压缩过程中，外界对气体作功，这功通过气体转化为热量而放出。 根据焦耳定律，等温过程的理想气体内能不变，即 所以理想气体在过程中从热源吸收的热量为 二、绝热过程 有 当理想气体的体积在该过程中由 变到 时，外界作的功为 对于理想气体 所以 这表明：在绝热压缩过程中，外界对气体作功，这功全部转化为气体的内能而使气体的温度升高。在绝热膨胀过程中，外界对气体作负功，实际上是气体对外界做功，这功是由气体在过程中减少的内能转化而来的,气体内能减少，其温度下降。 三、理想气体的卡诺循环 p V T1 Ⅰ Ⅱ 1、 等温膨胀过程 Ⅲ 2、 绝热膨胀过程 T2 Ⅳ 3、 等温压缩过程 4、 绝热压缩过程 四个过程中，气体从外界吸收的热量分别为 整个循环过程中，气体从外界吸收的热量 顺时针为正，逆时针为逆 整个循环过程完成后，气体回到原来的状态，内能作为状 态函数其变化为零，即 由热力学第一定律得，气体对外所作的净功 p V T1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ T2 Ⅳ （理想气体的卡诺循环） 卡诺循环的逆过程为制冷机 至此，由上式可知，以理想气体为工作物质、循环为卡诺循环的热机，其热功转化效率的大小只取决于两个热源的温度。 四、热机效率 效率恒小于1，原因是气体只把它从高温热源吸收的热的一部分转化为机械功，其余热量在低温热源放出了。 思考: (1)不是以理想气体为工作物质但循环为卡诺循环的热机? (2)以理想气体为工作物质，但循环不是卡诺循环的热机其效率为何，仍取决于两个热源的温度吗？ § 1.10 热力学第二定律 违反第一定律的热现象肯定不能发生，但不违背第一定律的热现象就一定能发生吗？热一定律指出各种形式的能量在相互转化的过程中满足能量守恒定律，但对过程进行的方向却没有给出任何限制。 在实际发生的过程中如果涉及热量或内能与其它形式能量的转化，则所有过程都是具有方向性。 克劳修斯和开尔文分别在1850年和1851年审查了卡诺的工作，指出要证明卡诺定理需要有一个新的原理，从而发现了热力学第二定律。 思考：热量能自发的从低温物体传递给高温物体吗？（不违反第一定律） 热力学第二定律解决的就是与热现象有关的实际过程的方向问题。