熱力學第一定律上課版

一準靜態(tài)過程（理想化的過程）

準靜態(tài)過程：從一個平衡態(tài)到另一平衡態(tài)所經(jīng)過的每一中間狀態(tài)均可近似當作平衡態(tài)的過程.氣體活塞砂子12狀態(tài)變化過程進行得非常緩慢，以至于過程中的每一個中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。15.2熱力學的基本概念u弛豫時間:一個系統(tǒng)的平衡態(tài)從破壞到恢復至新的平衡態(tài)所經(jīng)歷的時間。舉例1：外界對系統(tǒng)做功例：氣缸內(nèi)氣體從非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時間，即弛豫時間，約10-3

秒實際內(nèi)燃機氣缸內(nèi)氣體經(jīng)歷一次壓縮的時間大約是10-2

秒熱傳遞做功通過物體宏觀位移來完成，是系統(tǒng)外物體的有規(guī)則運動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運動之間的轉換通過分子間的相互作用來完成，是系統(tǒng)外、內(nèi)分子無規(guī)則運動之間的轉換改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火

——通過做功的方式將機械能轉換為物體的內(nèi)能?？净稹ㄟ^熱量傳遞提高物體內(nèi)能。作機械功改變系統(tǒng)狀態(tài)的焦耳實驗AV作電功改變系統(tǒng)狀態(tài)的實驗二功（過程量）

功是能量傳遞和轉換的量度，它引起系統(tǒng)熱運動狀態(tài)的變化.準靜態(tài)過程功的計算注意：作功與過程有關.宏觀運動能量熱運動能量四內(nèi)能（狀態(tài)量）:U2AB1**2AB1**

理想氣體內(nèi)能

:三熱量（過程量）:Q通過傳熱方式傳遞能量的量度：Q15.3熱力學第一定律系統(tǒng)從外界吸收的熱量Q,一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加?U,另一部分使系統(tǒng)對外界做功A

.準靜態(tài)過程微小過程12**+系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功第一定律的符號規(guī)定或者

計算各等值過程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎（1）（理想氣體的共性）（2）解決過程中能量轉換的問題（3）（理想氣體的內(nèi)能（態(tài)函數(shù)））

（4）各等值過程的特性.15.4熱力學第一定律對理想氣體準靜態(tài)過程的應用VV1等體過程P等壓過程中熱量改變：PP

定壓摩爾熱容:

理想氣體在等壓過程中吸收的熱量，溫度升高，其定壓摩爾熱容為TT等溫過程例3

質(zhì)量為2.810-3kg，壓強為1atm，溫度為27℃的氮氣。先在體積不變的情況下使其壓強增至3atm，再經(jīng)等溫膨脹使壓強降至1atm，然后又在等壓過程中將體積壓縮一半。試求氮氣在全部過程中的內(nèi)能變化，所做的功以及吸收的熱量，并畫出p-V圖。解V3V4Vp/atm132V112341—2等體過程：2--3等溫過程：V3V4Vp/atm132V112343--4等壓過程：1215.6.1絕熱過程與外界無熱量交換的過程特征絕熱的汽缸壁和活塞15.6絕熱過程與多方過程

絕熱方程的推導分離變量得12絕熱

方程常量常量常量絕熱線和等溫線絕熱過程曲線的斜率等溫過程曲線的斜率常量常量ABC常量

例設有5mol

的氫氣，最初的壓強為，溫度為，求在下列過程中，把氫氣壓縮為原體積的1/10

需作的功:1）等溫過程，2）絕熱過程.解

1）等溫過程2）氫氣為雙原子氣體12常量非靜態(tài)絕熱過程如：絕熱自由膨脹

V1中氣體處于平衡態(tài)，抽去隔板，過一段時間后，V2中氣體達到新的平衡態(tài)。這是絕熱自由膨脹，沒有外界幫助,過程中每個時刻都不是平衡態(tài)。(又如：爆炸……)但不是等溫過程（初態(tài)、末態(tài)狀態(tài)方程可用）2絕熱壁各種熱機的效率液體燃料火箭蒸汽機柴油機汽油機15.7循環(huán)過程1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機.1765年瓦特改進了蒸氣機，大大提高了效率.熱機：持續(xù)地將熱量轉變?yōu)楣Φ臋C器.

系統(tǒng)經(jīng)過一系列變化狀態(tài)過程后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學循環(huán)過程.特征15.7.1循環(huán)過程ABACB

為膨脹過程：BDA為壓縮過程：凈功：結論：在任何一個循環(huán)過程中，系統(tǒng)所做的凈功在數(shù)值上等于p–V圖上循環(huán)曲線所包圍的面積。熱機熱機效率高溫熱源低溫熱源熱機（正循環(huán)）AB正循環(huán)與循環(huán)效率（熱機效率）凈功設：系統(tǒng)吸熱Q1

，系統(tǒng)放熱致冷機致冷系數(shù)致冷機（逆循環(huán)）AB致冷機高溫熱源低溫熱源逆循環(huán)與致冷系數(shù)冰箱循環(huán)示意圖1824年，法國青年科學家卡諾（1796—1832）提出一種理想熱機，工作物質(zhì)只與兩個恒定熱源（一個高溫熱源，一個低溫熱源）交換熱量。整個循環(huán)過程是由兩個絕熱過程和兩個等溫過程構成，這樣的循環(huán)過程稱為卡諾循環(huán)。

卡諾循環(huán)是由兩個準靜態(tài)等溫過程和兩個準靜態(tài)絕熱過程組成.15.7.2卡諾循環(huán)

高溫熱源卡諾熱機低溫熱源A1234

1824年法國的年青工程師卡諾提出一個工作在兩熱源之間的理想循環(huán)—卡諾循環(huán).給出了熱機效率的理論極限值;他還提出了著名的卡諾定理.A1234

理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算

1—2

等溫膨脹

2—3

絕熱膨脹

3—4

等溫壓縮

4—1

絕熱壓縮卡諾循環(huán)1—2等溫膨脹吸熱3—4

等溫壓縮放熱A1234

4—1

絕熱過程2—3

絕熱過程

卡諾熱機效率A1234

卡諾熱機效率與工作物質(zhì)無關，只與兩個熱源的溫度有關，兩熱源的溫差越大，則卡諾循環(huán)的效率越高.

A1234高溫熱源卡諾致冷機低溫熱源

卡諾致冷機（卡諾逆循環(huán)）卡諾致冷機致冷系數(shù)例1.一定量的理想氣體，分別經(jīng)歷abc、def

過程。這兩過程是吸熱還是放熱？def：abc：（0）（+）

（+）（0）（-）（+）

（-）（+）

（-）^=df絕熱等溫絕熱例3210