热学3 实验班

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1、1第三讲热机热能(内能)转化为机械能(功)的机器内能---无序运动的能量；机械能---有序运动的能量热机就是把无序运动的能量转化为有序运动能量的机器目的是：研究无序运动能量转化为有序运动能量的规律1.准静态过程的功准静态过程准静态过程概念：过程发生的无限缓慢，以至于系统的每个中间状态都可以近似地看成平衡态。非静态过程：扩散，不等温传热，气体的自由膨胀。2准静态过程：等温传热3注意(1)准静态过程是个理想过程现实生活中无严格的准静态过程，但是有很多近似的准静态过程。(2)过程发生的原因：各处的T、P、组成()存在差异。

2、A如果各处的差异趋于很小－－－准静态过程；B如果各处的差异有限大－－非静态过程。(3)关于缓慢的感性的例子：汽车的内燃机中气体的周期运动可以看成是缓慢的。那么气体经历的过程可以看成是准静态过程。非静态过程：不言而喻。准静态过程的体积变化功功的定义：在力学相互作用过程中，由于广义位移的存在，系统和外界交换的能量。称为外界给系统做的功。4要点：(1）力学相互作用，指系统和外界的相互作用或者是电磁的或者是机械的。(2)给系统做功，系统一般会有宏观位移或者形变发生，或者系统一般有广义位移)例子：压缩气体系统。加热气体系统(体

3、积不变)。5体积变化功：由于系统体积变化而引起的功。(3)功是一个过程量。不能说系统的一个平衡态具有多少功。过程量，状态量：P、T、U(4)功的符号定义：外界给系统做功为正功；系统给外界做功为功。准静态过程体积变化功的计算准静态过程条件：外界给系统做的元功：评论：(1)中的量都是系统的状态量。是很方便的。(2)任意形状系统的元功也可以表示为这样的形式。(3)有限过程的体积变化功，加横线表示沿某一路径的无穷小变化。啊（功与变化有关，非状态的函数）6(4)功的在PV图中的意义。PV图上的一点代表：PV图上的任意一条曲线代

4、表：非静态过程能否在PV图上表示？循环过程的功在PV图上的意义？理想气体在等温过程的功的计算。隐含(准静态过程)温度为T的摩尔理想气体，体积由的等温过程。计算外界给系统的功。7计算：2.过程的热量热量的定义：系统和外界由于温度差异交换的能量，称为外界给系统传的热量。注意：1）热量是过程量。2）系统和外界必须有温度差。3）系统从外界吸热为正，系统给外界放热为负。，4）系统和外界交换能量的方式只有两种：做功W，热传递Q。8能量守恒定律(热力学第一定律)永远成立的3个守恒定律：能量守恒，动量守恒，电荷守恒。系统从初始平衡态

5、1，变化到最终平衡态2，在此过程中外界给系统传热Q,给系统做功W。系统初态的内能为，系统末态的内能为9那么在此过程必然满足能量守恒定律：对于一个元过程：第一类永动机不可能实现。不断地给外界输出功，而不从外界获得能量的机器。3.理想气体的绝热的准静态过程的特点如何来研究？大家已经具备足够的知识来研究此问题。研究方法：微元法。此过程的特点：1）理想气体:PV=NkT,U＝(1/2)kTaN2)能量转化和守恒:3）绝热过程：4）准静态过程：解：10整理后得：不定积分：11定义一个物理量绝热过程的特点：讨论：1)物理量的意义

6、概念－系统在某个过程的热容量C。物体对热量的容纳能力。物体升高单位温度吸收的热量越多，其对热量的容纳能力越大。定义：系统在某个过程中吸收的热量除以系统升高的温度。注意:(1)热容量是一个过程量。（2）摩尔热容量。一摩尔物质系统的若容量（3）比热。单位质量系统的热容量例子：沿海地区的气候和沙漠地区的气候之差异。例子：理想气体在等容过程的热容量是多少？例子：理想气体在等压过程的热容量是多少12物质的等容热容量理想气体的等容热容量U＝(1/2)kTaN13物质的等压热容量理想气体的等压热容量PV=NkT,U=(1/2)kT

7、aN142）绝热过程特点的其它表述形式：4.热机把热能(内能)转化为机械能(功)的机器1）构成热机的要素和热机热学性质的表现a作工装置b工作物质c热源(2个以上的热源)机器工作的特点：循环过程。研究方法1：机械如何构成(工程师的工作)研究方法2：机器的热学性质(我们所关心的)问题：什么反应了热机的热学性质？回答：工作物质的循环过程反应热机的热学性质。那么工作物质的循环过程就代表了整个热机。15蒸气机16内燃机的循环过程见视频171182)热机的工作原理(卡诺循环、卡诺热机)工作物质:理想气体。卡诺循环:由两个绝热过程

8、和两个等温过程组成的可逆循环过程。如图：ABCDA认识热源:一个等温过程必然对应于一个热源热源的温度就是等温过程的温度。热机的工作原理AB过程：结论：此过程系统要从外界热源()吸收热量CD过程19结论：此过程系统要给外部热源()放出热量ABCDA循环过程是ABCDA循环曲线围的面积结论：此循环过程，从高温热源吸收热量，把此热量一部分转化为功，另