第三章 熱力學(xué)第一定律-2

熱力學(xué)第一定律第三章（Firstlawofthermodynamics)1§3.8致冷循環(huán)§3.1準(zhǔn)靜態(tài)過程§3.2功

§3.3熱量、熱力學(xué)第一定律

§3.4熱容量§3.5絕熱過程§3.6循環(huán)過程

§3.7卡諾循環(huán)本章目錄2§3.5絕熱過程（adiabaticprocess）絕熱過程：的過程。特點(diǎn)：由下列條件下的過程可視為絕熱過程：系統(tǒng)和外界沒有熱量交換的過程?！己媒^熱材料包圍的系統(tǒng)發(fā)生的過程；▲進(jìn)行得較快而來不及和外界發(fā)生熱交換3①

②③①②③：一.理想氣體的準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程dAdE過程時(shí)間<<傳熱時(shí)間4常溫下—絕熱過程方程∴或自己推導(dǎo)另有52等溫12′絕熱OVp絕熱功等溫膨脹（E不變）

V

n

E

T

p2>p2

p

V

n

p

絕熱線比等溫線陡，p=nkT=絕熱膨脹因?yàn)椋?二.絕熱自由膨脹（非準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程）真空絕熱剛性壁隔板T1T2對(duì)理想氣體：器壁絕熱：Q=0向真空膨脹：A=0熱一律E1=E2T1=T2對(duì)真實(shí)氣體：分子力以引力為主時(shí)T2<T1分子力以斥力為主時(shí)T2>T1（是否等溫過程？）7*三.節(jié)流過程（throttlingprocess）通常氣體是通過多孔塞或小孔向壓強(qiáng)較低實(shí)際氣體通過節(jié)流過程溫度可升高或降低，這稱為焦耳

湯姆孫效應(yīng)(Joule-Thomsoneffect)。溫度降低叫正的焦耳

湯姆孫效應(yīng)，可用來制冷和制取液態(tài)空氣。p1p2多孔塞區(qū)域膨脹—節(jié)流過程。8當(dāng)p1和p2保持一定，且過程絕熱時(shí)：設(shè)氣體通過多孔塞前：內(nèi)能E1、體積V1內(nèi)能E2、體積V2氣體通過多孔塞后：Q=0，A=p1V1

p2V2，由熱一律有：定義：H=E+pV

稱為“焓”（enthalpy）氣體的絕熱節(jié)流過程是等焓過程。p1p2多孔塞令9焓是態(tài)函數(shù)，它是等壓過程中系統(tǒng)吸的熱量。即：和內(nèi)能相比，內(nèi)能是等體過程中系統(tǒng)吸的熱量。即：內(nèi)能E和焓H與系統(tǒng)熱容量的關(guān)系分別為：理想氣體因?yàn)閮?nèi)能只是溫度的函數(shù)，不存在這說明它們的內(nèi)能還和體積有關(guān)（即氣體分子間焦耳

湯姆孫效應(yīng)。而實(shí)際氣體卻都存在該效應(yīng)，必存在相互作用力）。10過程特征參量關(guān)系QAE等容等壓等溫絕熱V常量

P常量T常量（P/T）=常量（V/T）=常量PV=常量常量常量常量===g--g-ggTPTVPV1111例1.12例2.1314例4（5078）一個(gè)可以自由滑動(dòng)的絕熱活塞（不漏氣）把體積為2V0的絕熱容器分成相等的兩部分A、B。A、B中各盛有摩爾數(shù)為

的剛性分子理想氣體，（分子的自由度為i）溫度均為T0。今用一外力作用于活塞桿上，緩慢地將A中氣體的體積壓縮為原體積的一半。忽略摩擦以及活塞桿的體積。求外力作的功。15所以，外力作的功應(yīng)等于A、B容器內(nèi)氣體內(nèi)能的總增量。設(shè)：A、B中氣體末態(tài)的溫度分別為T1和T2，A、B中氣體內(nèi)能的增量分別為?EA和?EB。因?yàn)槿萜魇墙^熱的，16即：17同理有18例5（4693）如圖所示，一個(gè)四周用絕熱材料制成的氣缸，中間有一固定的用導(dǎo)熱材料制成的導(dǎo)熱板C把氣缸分成A、B兩部分。D是一絕熱的活塞。A中盛有1mol氦氣，B中盛有1mol氮?dú)猓ň暈閯傂苑肿拥睦硐霘怏w）。今外界緩慢地移動(dòng)活塞D，壓縮A部分的氣體，對(duì)氣體作功為A，試求在此過程中B部分氣體內(nèi)能的變化。氦氣氮?dú)?9解：?。ˋ+B）兩部分的氣體為研究系統(tǒng)，在外界壓縮A部分氣體、作功為A的過程中，系統(tǒng)與外界交換的熱量氦氣氮?dú)?0因此A、B兩部分氣體的溫度始終相同。系統(tǒng)內(nèi)能的變化為氮?dú)夂釩是導(dǎo)熱板，即：21例6（4313）一定量的理想氣體，從P-V圖上初態(tài)a經(jīng)歷（1）或（2）過程到達(dá)末態(tài)b，已知a、b兩態(tài)處于同一條絕熱線上（圖中虛線是絕熱線），問兩過程中氣體吸熱還是放熱？（A）（1）過程吸熱（2）過程放熱（B）（1）過程放熱（2）過程吸熱（C）兩種過程都吸熱（D）兩種過程都放熱（1）（2）22（1）（2）解：因?yàn)闅怏w膨脹，內(nèi)能增量與過程無關(guān)，只與始末兩態(tài)有關(guān)。放熱吸熱（B）對(duì)231.循環(huán)過程：物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列的變化過程又回到初始狀態(tài)，這樣周而復(fù)始的變化過程稱為循環(huán)過程，簡(jiǎn)稱為循環(huán)。

過程按順時(shí)針進(jìn)行叫正循環(huán)，反之，叫逆循環(huán)?！?.6循環(huán)過程（cycleprocess）

如果循環(huán)的各階段均為準(zhǔn)靜態(tài)過程，則循環(huán)過程可用狀態(tài)圖（如p

V圖）上的閉合曲線表示。24實(shí)例：火力發(fā)電廠的熱力循環(huán)水泵A1

A2

Q1鍋爐汽輪機(jī)冷凝器電力輸出

Q2

絕熱VO|Q2|

p飽pQ1A（1）特征dE=0E=0（3）熱功計(jì)算：按各不同的分過程進(jìn)行，總合起來求得整個(gè)循環(huán)過程的凈熱量、凈功。（2）通過各種平衡過程組合起來實(shí)現(xiàn)。25鍋爐煙筒現(xiàn)代火力發(fā)電廠結(jié)構(gòu)示意圖碾磨機(jī)空氣噴射給水器發(fā)電機(jī)水管冷凝塔除塵器渦輪水泵傳送帶26(1)

熱機(jī)(HeatEngine)利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)化為功的裝置。2.熱機(jī)致冷機(jī)什么過程能將熱能變成功？等壓等溫絕熱0實(shí)際上，僅僅等溫過程是不行的！系統(tǒng)從外界吸收的熱量系統(tǒng)對(duì)外界所作的凈功熱功27★

熱機(jī)循環(huán)利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)化為功的循環(huán)。熱機(jī)循環(huán)的循環(huán)箭頭是順時(shí)鐘的,（正循環(huán)）系統(tǒng)對(duì)外界所作的凈功=循環(huán)曲線包圍的面積是正循環(huán),以保證★熱機(jī)的工作原理系統(tǒng)所吸收的熱量，不能全部用來對(duì)外作凈功，必須有一部分傳給冷源，才能進(jìn)行循環(huán)。低溫?zé)釒霻2|Q2|A工質(zhì)Q1高溫?zé)釒霻1演示28★

熱機(jī)循環(huán)效率（2）致冷機(jī)：將熱機(jī)的工作過程反向運(yùn)轉(zhuǎn)（逆循環(huán)），就是致冷機(jī)。凈功吸熱29★

致冷機(jī)(Refrigerator)通過對(duì)系統(tǒng)做功，從而從低溫?zé)嵩次崃康难b置?！?/p>

致冷機(jī)循環(huán)（逆循環(huán)）致冷機(jī)循環(huán)的循環(huán)箭頭是逆時(shí)鐘利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把功轉(zhuǎn)化為熱的循環(huán)。外界對(duì)系統(tǒng)所作的凈功=循環(huán)曲線包圍的面積|A||Q1|Q2T1T230★

制冷機(jī)制冷系數(shù)（循環(huán)效率）31§3.7卡諾循環(huán)（Carnotcycle）卡諾循環(huán)：卡諾（Carnot，法國(guó)人，1796

1832）p0Q12134A|Q2|T1T2V絕熱線等溫線V1V4V2V3工質(zhì)只和兩個(gè)恒溫?zé)釒旖粨Q無摩擦循環(huán)。熱量的準(zhǔn)靜態(tài)、32卡諾熱機(jī)循環(huán)藍(lán)色等溫線紅色絕熱線（1）1→2，等溫膨脹（）特點(diǎn)：系統(tǒng)從外界吸熱系統(tǒng)對(duì)外界作功Q吸T1T2膨脹33（2）2→3，絕熱膨脹過程，溫度下降至低

溫?zé)嵩礈囟忍攸c(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)外界作功膨脹34（3）3→4，等溫壓縮（）特點(diǎn)：外界對(duì)系統(tǒng)作功系統(tǒng)向外界放熱Q放被壓縮35（4）4→1，絕熱壓縮過程，經(jīng)此過程，系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，完成一個(gè)循環(huán)。特點(diǎn)：外界對(duì)系統(tǒng)作功被壓縮36★

一個(gè)循環(huán)完畢：系統(tǒng)對(duì)外界作的凈功系統(tǒng)內(nèi)能增量系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量=系統(tǒng)對(duì)外界做的凈功37對(duì)理想氣體工質(zhì)：1→2：3→4：

等溫過程絕熱過程2→3：4→1：（閉合條件）38★卡諾熱機(jī)循環(huán)效率凈3920

卡諾熱機(jī)的效率只與T1、T2有關(guān)，與工作物無關(guān)。10

從單一熱源吸取熱量的熱機(jī)是不可能的30不可能討論現(xiàn)代熱電廠：（900K）（300K）理論上：

c

~65%，實(shí)際：

40%，

原因：非卡諾，非準(zhǔn)靜態(tài)，有摩擦。40（1）1→4，絕熱膨脹過程，系統(tǒng)溫度下降至低溫?zé)嵩礈囟龋?）4→3，等溫膨脹（）系統(tǒng)吸熱◆卡諾制冷機(jī)循環(huán)Δ§3.8致冷循環(huán)41（3）3→2，絕熱壓縮過程，溫度上升到高

溫?zé)嵩矗?）2→1，等溫壓縮（）經(jīng)此過程，系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，完成一個(gè)

制冷循環(huán)。系統(tǒng)放熱42★卡諾制冷機(jī)制冷系數(shù)43例.一定質(zhì)量的理想氣體循環(huán)過程分析Q、A的正負(fù)1—2：等壓，升溫2—3：等溫，升壓3—1：等容、降溫大大小小小大小大44練習(xí)（4692）如圖所示，C是固定的絕熱壁，D是可動(dòng)活塞，C、D將容器分成A、B兩部分。開始時(shí)A、B兩室中各裝入同種類的理想氣體，它們的溫度T、體積V、壓強(qiáng)P均相同，并與大氣壓強(qiáng)相平衡?，F(xiàn)對(duì)A、B兩部分氣體緩慢地加熱，當(dāng)對(duì)A和B給予相等的熱量Q以后，A室中氣體的溫度升高度數(shù)與B室中氣體的溫度升高度數(shù)之比為7:5。求:45（1）求該氣體的定容摩爾熱容CV和定壓摩爾熱容CP（2）B室中氣體吸收的熱量有百分之幾用于對(duì)外做功？46練習(xí)（4692）解答A室氣體經(jīng)歷的是過程B室氣體經(jīng)歷的是過程等容等壓依題意有：47解得：又（2）48★

自學(xué)：P167

~179（考試內(nèi)容）第三章結(jié)束作業(yè)：P141

~144

3.93.203.25491.

20g的氦氣(He)從初溫度為17分別通過,①等容過程，②等壓過程，升溫至27，求