物理上-5 .熱力學(xué)基礎(chǔ)

系統(tǒng)與外界

熱平衡與熱力學(xué)第零定律平衡態(tài)氣體的狀態(tài)參量狀態(tài)方程準(zhǔn)靜態(tài)過程及圖示方法非靜態(tài)過程理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體的內(nèi)能及內(nèi)能變化氣體分子的自由度單原子i=t=3；雙原子i=t+r=5；多原子i=t+r=6準(zhǔn)靜態(tài)過程中氣體做功熱量熱功當(dāng)量上節(jié)回顧定律內(nèi)容：在封閉系統(tǒng)從一個平衡狀態(tài)到另一個平衡狀態(tài)的變化過程中，外界傳給系統(tǒng)的熱量Q和外界對系統(tǒng)所作的功A'

的代數(shù)和等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量△E四、熱力學(xué)第一定律注意點(diǎn)：1、熱一律的本質(zhì)2、A、Q、△E正負(fù)號的涵義4、無窮小過程的熱一律dQ=dE+pdV5、熱一律的另一種表述區(qū)別五、熱力學(xué)第一定律對理想氣體平衡過程的應(yīng)用1、等體過程

但Q和A都是依賴于過程的物理量，下面通過分析幾個特殊過程中的熱量和功，學(xué)習(xí)不同過程中Q和A的計算方法0PVP1V等體線P2

氣體體積保持不變的過程叫做等體過程．根據(jù)熱力學(xué)第一定律，有依賴于始末狀態(tài)2、等壓過程0pVpV12等壓線V等壓過程的特征是dp=0根據(jù)熱一律，有為什么？3、等溫過程0pVp1p2V2V1pdV根據(jù)熱一律和理想氣體狀態(tài)方程，有

等溫過程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對外所作的功六、摩爾熱容1、比熱、熱容量、摩爾熱容比熱：單位質(zhì)量的物體溫度每升高1K時所吸收的熱量熱容量：m千克質(zhì)量的物體溫度每升高1K時吸收的熱量摩爾熱容：1mol物質(zhì)每升高1K時吸收的熱量2、理想氣體的摩爾熱容

氣態(tài)物質(zhì)在狀態(tài)變化過程中吸收的熱量除了與溫度的變化有關(guān)之外，還與具體過程有關(guān)▲定容摩爾熱容1摩爾氣體體積不變時，溫度升高1K吸收的熱量▲定壓摩爾熱容1摩爾氣體壓強(qiáng)不變時，溫度升高1K吸收的熱量等溫過程絕熱過程熱容比引入了摩爾熱容的概念之后注意點(diǎn)：七、絕熱過程1、特征：⑴Q＝0⑵A＝－△E⑶p、V、T三個量都在變2、過程方程根據(jù)熱一律，有①由狀態(tài)方程可得②①②可得3、絕熱線再利用理想氣體狀態(tài)方程，可得根據(jù)泊松方程在p-V坐標(biāo)中畫出的曲線稱為絕熱線0pVp2V2V1p1等溫線絕熱線將絕熱線與等溫線比較絕熱線比等溫線陡峭

如何解釋？(1)從數(shù)學(xué)上看：(2)從物理上看：(3)從微觀上看：§6－4循環(huán)過程及循環(huán)效率一、熱機(jī)的工作過程及原理1、蒸汽機(jī)的工作過程熱機(jī).exe2、內(nèi)燃機(jī)的工作過程內(nèi)燃機(jī).ppt

熱機(jī)循環(huán).avi3、共同點(diǎn)⑴有工作物質(zhì)⑵吸熱⑶對外作功⑷放出余熱⑸都從初態(tài)開始二、循環(huán)過程1、循環(huán)過程的定義

系統(tǒng)從某一狀態(tài)開始，經(jīng)過一系列狀態(tài)變化回到初始狀態(tài)的過程熱機(jī).SWF奧托機(jī).avi2、循環(huán)過程的特點(diǎn)△E＝0，Q＝A準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)過程在p-V、T-V、p-T圖上為封閉曲線3、正循環(huán)及循環(huán)效率正循環(huán)在p-V圖上沿順時針方向循環(huán)，它反映了熱機(jī)的工作原理0pV

系統(tǒng)在溫度高的地方吸收熱量增加內(nèi)能，通過體積膨脹而對外作功；在溫度低的地方放出余熱，壓縮體積回到初態(tài)

假定在一次循環(huán)過程中，系統(tǒng)從外界吸收的熱量為Q1，放出的熱量為Q2;對外所作的凈功為A根據(jù)熱力學(xué)第一定律，可知定義：

稱為正循環(huán)的循環(huán)效率，它反映了熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的能力，其物理涵義是熱機(jī)對外所作的凈功占吸收的熱量的百分比。熱機(jī).SWF4、逆循環(huán)及制冷系數(shù)

逆循環(huán)在p-V圖上是一條沿反時針方向旋轉(zhuǎn)的閉合曲線。該曲線反映了制冷機(jī)的工作原理0pV

在逆循環(huán)過程中，通過外界對系統(tǒng)作功A，系統(tǒng)從低溫區(qū)域吸熱Q2，而在高溫區(qū)域放熱Q1，系統(tǒng)回到初態(tài)△E=0；根據(jù)熱一律，可知定義：制冷系數(shù)

制冷系數(shù)反映了制冷機(jī)制冷的能力，其具體物理涵義是：從低溫區(qū)域吸收的熱量占外界作功的百分比。制冷機(jī).SWF電冰箱.exe例1.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)a沿acb變化到狀態(tài)b，有334J的熱量傳遞給系統(tǒng)，而系統(tǒng)對外作的功為126J．例題分析（1）若沿曲線adb時,系統(tǒng)作功42J，問有多少熱量傳遞給系統(tǒng)？（2）當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)b沿曲線bea

返回到狀態(tài)a時，外界對系統(tǒng)作功84J

，問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞了多少熱量？（3）若Ed

-Ea=167J，求系統(tǒng)沿ad及db變化時，各吸收了多少熱量？解:

（1）若沿曲線adb時，系統(tǒng)作功42J，問有多少熱量傳遞給系統(tǒng)？

（2）當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)b沿曲線bea返回到狀態(tài)a時，外界對系統(tǒng)作功84J，問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞了多少熱量？負(fù)號表示放熱

（3）若Ed-Ea=167J，求系統(tǒng)沿ad及db變化時，各吸收了多少熱量？例2.

設(shè)有5mol

的氫氣，最初狀態(tài)的壓強(qiáng)為1.013105Pa、溫度為20oC，求在下列過程中，把氫氣壓縮為原來體積的1/10需要作的功：（1）等溫過程；（2）絕熱過程；（3）經(jīng)這兩過程后，氣體的壓強(qiáng)各為多少？解：絕熱過程等溫過程（1）等溫過程中如圖所示絕熱過程等溫過程（2）氣體為雙原子氣體，即=1.41，所以，在絕熱過程（1—2）中所作的功為：（3）對于等溫過程：對于絕熱過程：例3.氮?dú)庖夯?、把氮?dú)夥旁谝粋€有活塞的由絕熱壁包圍的汽缸中．開始時，氮?dú)獾膲簭?qiáng)為50個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、溫度為300K；經(jīng)急速膨脹后，其壓強(qiáng)降至1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，從而使氮?dú)庖夯?，試問此時氮的溫度為多少？

解:

把氮?dú)庖暈槔硐霘怏w，其液化過程可當(dāng)作絕熱過程．例4.水的汽化．在一個有活塞的汽缸里放有一定量的水，活塞與汽缸間的摩擦略去不計.汽缸壁的材料是用良導(dǎo)熱材料制成，使加在活塞上的壓強(qiáng)p維持為1.013105Pa，開始時，活塞與水面相接觸,.此時,若使環(huán)境(即熱源)的溫度非常緩慢地升高到100oC.

求把單位質(zhì)量的水汽化為水蒸氣，水的熱力學(xué)能改變多少?已知水的汽化熱為L=2.26106J?kg-1，水的密度為ρ水=1040kg?m-3，水蒸氣的密度ρ蒸氣=0.598

kg?m-3

解：如圖，在水吸收環(huán)境熱量被汽化的過程中，使質(zhì)量為m的水汽化