2021-2022學年高二物理競賽課件：理想氣體的熱力學過程

1、理想氣體的熱力學過程 理想氣體的熱力學過程 一、等體（容）過程 (isochoric process ) 二、等壓過程 (isobaric process ) 三、等溫過程 (isothermal process ) 四、絕熱過程 (adiabatic process ) 熱力學系統(tǒng)由某一狀態(tài)經(jīng)過任意過程到達另一狀態(tài)時，系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于在這過程中外界對系統(tǒng)所作的功和系統(tǒng)所吸收的熱量總和。對無限小過程： 如果該過程是準靜態(tài)過程：熱力學第一定律可寫為： 4 熱容與過程有關，需指明是何種過程的熱容定體熱容：保持系統(tǒng)體積不變的過程中的熱容定壓熱容：保持系統(tǒng)壓強不變的過程中的熱容等體過程中： 比熱：單

2、位質(zhì)量的熱容。摩爾熱容：1mol 物質(zhì)的熱容。 熱力學過程中傳遞的熱量 Q 是過程量物體性質(zhì) 物質(zhì)性質(zhì) 物質(zhì)性質(zhì) 5焓：引入態(tài)函數(shù)焓的定義：等壓過程中，系統(tǒng)從外界吸收的熱量：等壓過程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)態(tài)函數(shù)焓的增量系統(tǒng)的定壓熱容可表示為：單位：焦耳J6理想氣體的熱容： Cp = CV +R 如果分子的自由度為i，氣體的量是 摩爾，則理想氣體的內(nèi)能可以表示為 定體熱容定壓熱容7此結(jié)論除了在低溫下的氫氣以外，也與實驗結(jié)果相符。 對于單原子分子氣體，i = 3, s = 0, 可算得定體熱容定壓熱容 = 1.67這與實驗結(jié)果符合得很好對于雙原子分子氣體，i = 5, 若不考慮振動自由度定

3、體熱容定壓熱容 = 1.408等體（容）過程 (isochoric process ) 等體過程 系統(tǒng)體積保持不變的過程。 特征: dV = 0過程方程: 過程曲線: 平行于P 軸的等體線。 V=恒量 系統(tǒng)所獲得的熱量全部用于增加自身的內(nèi)能。 外界不對系統(tǒng)做功 A= -pdV= 0內(nèi)能與熱量： (Q)V = dU 系統(tǒng)吸收的熱量： 1(p1,T1,V)2(p2,T2,V)p1p2opV 理想氣體的熱力學過程 V9等壓過程 (isobaric process ) 等壓過程 系統(tǒng)壓強保持不變的過程。p=恒量 重 物過程曲線: 平行于V 軸的等壓線。 特征: dp=0 過程方程: 熱力學第一定律：

4、(Q)p = dU - A 內(nèi)能增量： 吸收熱量： Qp = (U2 -U1 ) -A 或 ： opVpV2V1外界做功: 系統(tǒng)從外界獲得的熱量，一部分用以增大內(nèi)能，一部分用以對外作功。1(V1,T1, p)2(V2,T2, p)10等溫過程 (isothermal process ) T=恒量 恒溫熱源等溫過程 系統(tǒng)的溫度保持恒定的過程。 過程曲線: 等溫線為等軸雙曲線。 熱力學第一定律： (Q)T = -A = pdV 內(nèi)能增量： U=0 特征: T=0 過程方程: 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V系統(tǒng)吸收熱量： 將物態(tài)方程 恒量代入上式，得 等溫膨脹過程，系

5、統(tǒng)從外界獲得的熱量全部用于對外作功；等溫壓縮過程，系統(tǒng)向外界釋放的熱量全部來自外界對系統(tǒng)所作的功。11過程曲線: 絕熱線為雙曲線。 過程方程: 恒量 恒量 恒量 dU = A = -pdV 熱力學第一定律： 外界對系統(tǒng)做功： 若系統(tǒng)對外界作功，則必然降低自身的內(nèi)能；若外界對系統(tǒng)作功，則必然使系統(tǒng)的內(nèi)能增加。 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V絕熱過程 (adiabatic process )絕熱過程 系統(tǒng)與外界沒有熱量交換的過程。 特征: Q = 0 絕熱材料 12系統(tǒng)狀態(tài)任一微小變化，其內(nèi)能的改變?yōu)椋?對理想氣體方程 PV= vRT 微分，得 代入第一定律dU = A = -pdV 得（1）（2）消去dT，得 在溫度變化不很大時可以看作常量 將上式積分，得 ln V + ln p = 恒量或恒量 泊松公式 2(p2,V2,T)1(p1,V1,T)op2pp1V1V2V恒量 恒量 過程方程的推導： 13PVo絕熱過程等溫過程 絕熱線比等溫線更陡些 絕熱線和等溫線： 在等溫過程中， 壓