第9章 热力学基础(热一)ppt课件.ppt

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1、第9章热力学基础本章着重介绍热力学第一、第二定律及其应用，并从统计的角度对热力学第二定律进行讨论。热力学的研究方法与气体动理论不同，它不涉及物质的微观结构，只从普遍成立的基本实验定律出发，特别是用能量守恒的实验定律，分析热力学系统状态变化时有关热功转换的关系和条件。1.准静态过程←缓慢接近平衡态←快非平衡态9.1.1内能、功和热量每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。对“无限缓慢”的实际过程的近似描述。9.1热力学第一定律准静态过程是一个理想化模型，但它具有实际意义。实际气缸的压缩过程：从平衡态破坏到新的平衡态建立所需的时间约为0.001秒，远远小于实际气缸的压

2、缩时间（约0.1秒）。可抽象成准静态压缩过程。准静态过程可以用P-V图上的一条曲线(过程曲线)来表示。过程曲线2.内能内能是状态量3.功机械功电源R电功水水有规则动能分子无规则热运动动能做功的微观本质：内能改变与过程无关下面讨论准静态过程气体体积功气体对外界作功：（忽略磨擦）s若A>0系统对外界作功若A<0外界对系统作功功是过程量:因为它的积分不仅与始、末状态有关，还与经历什么过程有关。例1摩尔理想气体从状态1状态2，设经历等温过程。求气体对外所作的功是多少？【解】体积功的几何意义是什么？1-3-2的功是不是此值？123传热也可以改变系统的热力学状态。

3、传热的微观本质是：分子无规则运动的能量从高温物体向低温物体传递。说明两个概念：热量也是过程量。dQ系统外界由于温度差而传递的能量。4.热量系统（T1）直接与热源（T2）有限温差传热的热传导为非准静态过程。系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2若传热过程“无限缓慢”，或保持系统与外界无穷小温差，可看成准静态传热过程。热库或热源：热容量无限大、温度不变准静态传热过程：温差无限小5.热容定压摩尔热容定体摩尔热容在热量传递的的某个微过程中，热力学系统吸收热量dQ，温度升高dT，则系统在该过程中的单位质量的热容称为比热：c=C'/M单位摩尔的热容称为摩尔热容：C

4、=C'/热容为：C'=dQ/dT实验结果：对于任一过程对于任微小过程热力学第一定律适用于任何系统(气液固……)的任何过程(非准静态过程也适用)。Q>0系统吸热E>0系统内能增加A>0系统对外界做功热力学第一定律是反映热现象中能量转化与守恒的定律。9.1.2热力学第一定律例2一系统由图所示状态a沿acb到达状态b，系统对外做功为126J，吸热为336J。(1)若在adb过程中系统作功为42J，问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？(2)若系统从b态出发，沿ba曲线返回a态时，外界对系统作功为84J。问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？【解】例3一

5、绝热容器被中间的隔板分成相等的两半，一半装有氦气，温度250K；另一半装有氧气，温度310K；二者压强相等。求去掉隔板两种气体混合后的温度。【解】绝热Q＝0，气体对外不做功A＝0，∴ΔE＝0特征：V=常量(dV=0)9.2几个典型的热力学过程9.2.1等体过程定体摩尔热容注意：对于理想气体,公式E=CVT不仅适用于等体过程，而且适用于其他任意过程。对一元过程所以特征：p=常量(dP=0)9.2.2等压过程（迈耶公式）定压摩尔热容得对一元过程称为热容比、比热比、泊松比对单原子分子,i=3,=1.67对刚性双原子分子,i=5,=1.40对刚性多原子分子,i

6、=6,=1.33的理论值：实验测量的热容量和理论值是有一定误差的。特征：T=常量(dT=0)9.2.3等温过程等温过程摩尔热容为∞。例4设质量一定的单原子理想气体开始时压力为3atm，体积为1L，先等压膨胀至体积为2L，其次等温膨胀至体积为3L，最后等体冷却到压强为1atm。求气体在全过程中内能的变化、所做的功和吸收的热量。【解】例53mol温度为273K的理想气体，先经等温过程，体积膨胀到原来的5倍，然后等容加热，使其末态的压强刚好等于初始压强，整个过程传给气体的热量为8×104J，试画出此过程的p-V图，并求这种气体的热容比值。【解】是双原子气体过程

7、方程:或推导过程方程：对准静态过程有PdV=-CV,mdT(1)因为dQ=0,dA=-dE,(1)先考虑一绝热的元过程,写出热一律：9.2.4绝热过程(2)再对理想气体状态方程取微分：PdV+VdP=RdT(2)将(1)式的dT代入(2)式，并化简PdV=-CV,mdT(1)有（以上过程方程的推导方法有典型性）绝热线:（泊松方程）理想气体的绝热线比等温线“更陡”将其与理想气体状态方程结合，可得另两个方程。对上式积分得比较Ａ点处等温线与绝热线的斜率(注意>1)。（1）从A点沿等温膨胀过程T=0（2）从A点沿绝热膨胀过程T<0注意绝热线上各点温度不同数

8、学方法物理方法绝热线等温