《氣體的熱力過程》課件

氣體的熱力過程本課程將深入探討氣體在不同條件下的熱力學(xué)行為。我們將學(xué)習(xí)熱力學(xué)定律、狀態(tài)方程和各種熱力過程。熱力學(xué)第一定律能量守恒熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱學(xué)中的體現(xiàn)。系統(tǒng)與環(huán)境它描述了系統(tǒng)與環(huán)境之間的能量交換關(guān)系?；驹硐到y(tǒng)吸收的熱量等于內(nèi)能增加與對外做功之和。熱力學(xué)第一定律的表述數(shù)學(xué)表達(dá)式Q=ΔU+W，其中Q為吸收的熱量，ΔU為內(nèi)能變化，W為對外做功。物理含義系統(tǒng)與外界的能量交換只能以熱量和功的形式進(jìn)行。適用范圍適用于所有熱力學(xué)系統(tǒng)，包括氣體、液體和固體。熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1熱機(jī)分析熱機(jī)的效率和功率輸出。2熱泵計(jì)算制冷系統(tǒng)的性能系數(shù)。3化學(xué)反應(yīng)預(yù)測反應(yīng)的熱效應(yīng)和能量變化。4生物過程研究生物體內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換和代謝。氣體的狀態(tài)參數(shù)溫度反映氣體分子的平均動(dòng)能。壓力單位面積上的氣體分子碰撞力。體積氣體所占據(jù)的空間大小。物質(zhì)的量氣體分子的數(shù)量。氣體的常見狀態(tài)方程理想氣體方程PV=nRT，適用于理想氣體。范德華方程(P+an2/V2)(V-nb)=nRT，考慮分子間作用力。維里方程PV=RT(1+B/V+C/V2+...)，用于實(shí)際氣體。理想氣體方程1PV=nRT2P：壓力3V：體積4n：物質(zhì)的量5R：氣體常數(shù)理想氣體方程描述了理想氣體的狀態(tài)關(guān)系，是最常用的氣體狀態(tài)方程。等溫過程定義氣體在溫度保持不變的情況下進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。特點(diǎn)遵循玻意耳定律：PV=常數(shù)（T不變）。應(yīng)用氣體壓縮、膨脹過程中的溫度控制。等溫膨脹功與等溫壓縮功1等溫膨脹氣體吸收熱量，對外做功，內(nèi)能不變。2等溫壓縮外界對氣體做功，氣體放出熱量，內(nèi)能不變。3功的計(jì)算W=nRTln(V?/V?)=nRTln(P?/P?)繪制等溫過程示意圖1確定坐標(biāo)軸橫軸為體積V，縱軸為壓力P。2繪制等溫線在PV圖上畫雙曲線。3標(biāo)注狀態(tài)點(diǎn)在曲線上標(biāo)注初始和終止?fàn)顟B(tài)。4添加箭頭指示過程方向。等壓過程定義氣體在壓力保持不變的情況下進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。特點(diǎn)遵循蓋-呂薩克定律：V/T=常數(shù)（P不變）。應(yīng)用大氣壓下的氣體加熱或冷卻過程。等壓過程中的熱量和功吸收熱量Q=nCpΔT內(nèi)能變化ΔU=nCvΔT對外做功W=PΔV=nRΔT等壓過程示意圖等容過程體積恒定氣體在體積保持不變的情況下進(jìn)行的狀態(tài)變化過程。查理定律遵循查理定律：P/T=常數(shù)（V不變）。應(yīng)用密閉容器中氣體的加熱或冷卻。等容過程中的熱量和內(nèi)能變化熱量Q=nCvΔTCv為等容摩爾熱容內(nèi)能變化ΔU=Q=nCvΔT所有吸收的熱量都用于增加內(nèi)能功W=0體積不變，氣體不對外做功等容過程示意圖PV圖垂直于V軸的直線PT圖通過原點(diǎn)的直線VT圖平行于T軸的直線絕熱過程定義氣體與外界沒有熱量交換的狀態(tài)變化過程。特點(diǎn)遵循絕熱方程：PVγ=常數(shù)，γ為絕熱指數(shù)。應(yīng)用聲波傳播、氣體快速壓縮或膨脹。絕熱過程中的工作和內(nèi)能變化1Q=02ΔU=-W3W=Cv(T?-T?)4W=(P?V?-P?V?)/(γ-1)絕熱過程中，系統(tǒng)的內(nèi)能變化完全由做功引起。絕熱過程示意圖混合氣體的熱力過程道爾頓分壓定律混合氣體的總壓力等于各組分氣體的分壓之和。阿伏伽德羅定律相同體積、溫度和壓力下，不同氣體含有相同數(shù)量的分子。熱力學(xué)性質(zhì)混合氣體的熱力學(xué)性質(zhì)可由各組分氣體的性質(zhì)加權(quán)平均得到。氣體的熱容定義使氣體溫度升高1K所需的熱量。類型分為等壓熱容和等容熱容。影響因素溫度、壓力、氣體組成等。應(yīng)用用于計(jì)算氣體吸收或釋放的熱量。氣體的比熱容定義質(zhì)量比熱容單位質(zhì)量氣體升溫1K所需的熱量。摩爾比熱容1摩爾氣體升溫1K所需的熱量。等壓比熱容壓力恒定時(shí)的比熱容，記為Cp。等容比熱容體積恒定時(shí)的比熱容，記為Cv。氣體的摩爾比熱容邁耶公式Cp-Cv=R比熱容比γ=Cp/Cv單原子氣體Cv=3R/2，Cp=5R/2雙原子氣體Cv=5R/2，Cp=7R/2氣體的比熱容與溫度的關(guān)系1低溫比熱容幾乎不變。2中溫比熱容緩慢增加。3高溫比熱容顯著增加。4極高溫發(fā)生電離，比熱容急劇變化。氣體定律實(shí)驗(yàn)演示玻意耳定律演示等溫過程中壓力與體積的關(guān)系。查理定律展示等壓條件下體積與溫度的關(guān)系。蓋-呂薩克定律驗(yàn)證等容條件下壓力與溫度的關(guān)系。氣體熱力過程綜合案例分析1問題描述分析壓縮機(jī)工作過程中的熱力學(xué)變化。2過程分解將整個(gè)過程分解為吸氣、壓縮、排氣和膨脹四個(gè)階段。3應(yīng)用定律運(yùn)用熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)方程分析每個(gè)階段。4計(jì)算與評估計(jì)算功、熱量和效率，評估系統(tǒng)性能。氣體熱力過程總結(jié)與反思基本概念回顧熱力學(xué)第一定律和氣體狀態(tài)方程。典型過程總結(jié)等溫、等壓、等容和絕熱過程的特點(diǎn)。應(yīng)用價(jià)值分析氣體熱力過程在工程和日常生活中的應(yīng)用。學(xué)習(xí)反思思考學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)和收獲。課堂討論與交流小組討論分組討論氣體熱力過程在實(shí)際工程中的應(yīng)用案例。問題解答教師解答學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇