大學物理下課件——熱學3 熱力學定律

1、 什么叫模型？模型就是奧地利的火車時刻表。奧地利的火車經(jīng)常晚點，乘客問列車員：“你們干嗎還要時刻表？！”列車員回答：“有了時刻表才知道火車的晚點呀！” 韋斯科夫韋斯科夫?同學們好！同學們好！習習題題討討論論課課習題課習題課熱力學第一定律及其應(yīng)用熱力學第一定律及其應(yīng)用熱力學第一定律熱力學第一定律包括機械運動和熱運動在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換及守恒定律包括機械運動和熱運動在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換及守恒定律對任何熱力學系統(tǒng)對任何熱力學系統(tǒng)AEQ 理想氣體準靜態(tài)過程理想氣體準靜態(tài)過程 21dVVVVpTCMQ 要求：要求：應(yīng)用于理想氣體等體、等壓、等溫過程，絕熱過程，應(yīng)用于理想氣體等體、等壓、等溫過程，絕熱過程，和各種循環(huán)

2、過程。和各種循環(huán)過程。主要關(guān)系主要關(guān)系狀態(tài)方程狀態(tài)方程nkTpRTMpV ; 摩爾熱容摩爾熱容RiRCCRiCVpV222 iiCCVp2 泊松比：泊松比：單原子分子氣體：單原子分子氣體： i = 3剛性雙原子分子氣體：剛性雙原子分子氣體： i = 5剛性多原子分子氣體：剛性多原子分子氣體：i = 6絕熱過程：絕熱過程： 2121111221112211TpTp,VTVT,VpVp過程方程：過程方程：2211VpVp 等等溫溫過過程程：22121211TTVVTTpp 等等壓壓過過程程：等等體體過過程程：卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)212121TTTwTT 循環(huán)過程循環(huán)過程2122121QQQAQw,QQ

3、QA 吸吸凈凈 0 E凈凈凈凈AQ 練習練習1.1.討論圖中：討論圖中：過過程程DABA摩爾熱容的正負摩爾熱容的正負A A思路思路00000 CQCQTTTATCMQ DACABA0 EE 相同，且相同，且EAEAQ:CA 1110絕熱絕熱0122 EAEAQBA00022 CT,QTCMQACAC曲線下面積曲線下面積1S12SS ABAB曲線下面積曲線下面積A0133 EAEAQ:DA13SS ADAD曲線下面積曲線下面積00033 CT,QTCMQAEEEAAAADACAB +)ADACABQQQ 即：即： CC 0 0T解：解：由題意知由題意知41 2725)(m01120atm1K27

4、3mol5031.,RC,RC.VpT.MpV 雙雙原原子子分分子子：標標準準狀狀態(tài)態(tài)：摩摩爾爾數(shù)數(shù)：通過下列過程把標準狀態(tài)下的通過下列過程把標準狀態(tài)下的 0.0140.014千克氮氣壓縮為千克氮氣壓縮為原體積的一半：原體積的一半：（1 1）等溫等溫；（；（2 2）等壓等壓；（；（3 3）絕熱絕熱。 分別求出這些過程中氣體分別求出這些過程中氣體內(nèi)能的改變量；傳遞的熱量內(nèi)能的改變量；傳遞的熱量和和氣體對外界所作的功氣體對外界所作的功。練習練習2 2（1 1）等溫過程）等溫過程J78621ln27331. 85 . 012ln01 VVRTMAQE （2 2）等壓過程）等壓過程 J567)2102

5、 .11(10013. 13512 VVpA 21212TTTCMETTCMQVp先先求求 根據(jù)等壓方程：根據(jù)等壓方程：125 . 02211TTTVTV J1418)2273(31.8255 .0J1985)2273(31.8275 .01212 TTCETTCQVp 驗算：驗算：A A567J567JJ1985J1418 QEAEQ 根據(jù)絕熱方程根據(jù)絕熱方程212111TVTV 得：得： K36027324011221 .VVTT J90412 TTCAEV （3 3）絕熱過程）絕熱過程 ATTCEQV 120 先求先求T T2 2？練習練習3.3.解：解：1)1)CCAAVpVp 0 E

6、,TTCA2)ABBCABQQQQ )(22)(ABABpTTRiMTTCM )(25)(25ABAAABBVVpVpVp 已知：單原子分子理想氣體已知：單原子分子理想氣體0 BCBAQppQEA、求求： ? BV)(.).()VV(pQABAJ104812483104252565 3)(.EQAJ104816 35 CCBBVpVp)(.VB33535m48348 3.48RC,TpA25K300 體體已知：一定量的理想氣已知：一定量的理想氣進行如圖循環(huán)過程進行如圖循環(huán)過程求：求：的的狀狀態(tài)態(tài)循循環(huán)環(huán)中中）（？）（？凈凈AEEQ)( 321 練習練習4.4.解：解：01 E 循循環(huán)環(huán)過過程程

7、）（latm4122040 )(SAQABCD凈凈凈凈(J)10621(J)31018204 .吸吸凈凈）（QA 2哪些過程吸熱？哪些過程吸熱？K900K300 AABBATVVTTK150K450 CCDDBBCCTVVTTPPT為為吸吸熱熱過過程程AD,BADAABQQQ 吸吸DAABQQQ 吸吸(J)10329150360052300310144023254 .)(.)TT(RRTVp)TT(RRTVp)TT(CM)TT(CMDAAAAABAAADAVABp %.417103291062144 （3） 與與A內(nèi)能相同的點必與內(nèi)能相同的點必與A在同一條等溫線上，在同一條等溫線上，ADACT

8、TTT K150K450K300atm20 FFTp由由 FFAAVpVp)(VFl820440 與與A有相同內(nèi)能的狀態(tài)為有相同內(nèi)能的狀態(tài)為),(FK300l8atm20過過 A 等溫線必然與等溫線必然與 CD 相交，相交，設(shè)交點為設(shè)交點為 FF練習練習5.5.已知已知: :環(huán)環(huán)雙雙原原子子分分子子氣氣體體如如圖圖循循mol1,21為為直直線線 131282VVTT 求求: : 1.1.Q,E,A 各各過過程程2.2. .13,32為等溫線為等溫線為絕熱線為絕熱線 解：解：1-21-2：11112125)2(25)(RTTTRTTCMEV 1121122121)(21)(21RTTTRVpVp

9、A 113RTEAQ 2-32-3：02 Q絕熱膨脹絕熱膨脹11123225)2(25)(RTTTRTTCEV 12225RTEA %7 .30308. 21|113 QQ 11311308.281lnlnRTRTVVRTA 13308. 2RTAQ 03 E等溫壓縮等溫壓縮3-13-1：練習練習6.6. P673 20-20 設(shè)一暖氣裝置由一臺卡諾熱機和一臺卡諾致冷機設(shè)一暖氣裝置由一臺卡諾熱機和一臺卡諾致冷機組合而成。熱機靠燃料燃燒釋放的熱量工作并向暖組合而成。熱機靠燃料燃燒釋放的熱量工作并向暖氣系統(tǒng)中的水放熱，同時帶動致冷機。致冷機自河氣系統(tǒng)中的水放熱，同時帶動致冷機。致冷機自河水中吸熱，

10、也向暖氣系統(tǒng)放熱。假定熱機鍋爐的溫水中吸熱，也向暖氣系統(tǒng)放熱。假定熱機鍋爐的溫度為度為 河水的溫度為河水的溫度為 ，暖氣系，暖氣系統(tǒng)的溫度為統(tǒng)的溫度為 ，設(shè)煤的燃燒值，設(shè)煤的燃燒值 求每燃燒求每燃燒1kg1kg煤，暖氣系統(tǒng)中的水獲得熱量是多少？煤，暖氣系統(tǒng)中的水獲得熱量是多少？是煤發(fā)出熱量的幾倍？是煤發(fā)出熱量的幾倍？C2101 tC603 tC152 tkg/J1034. 37 1) 1) 畫出問題的能流圖畫出問題的能流圖視為視為 卡諾機計算卡諾機計算17321kgJ103.34K333K288K483 煤煤QTTT?QQQQQ 煤煤煤煤求求：122)視為視為 卡諾熱機計算卡諾熱機計算4833331113 TT %1 .31每燃燒每燃燒1kg煤煤J103437 .Q煤煤(J)100411034313177 .%.QA煤煤 (J)10302