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1、开尔文,克劳修斯,热学热力学基础,卡诺,本章对热力学系统，从能量观点出发，以观察和实验为前提，分析&说明热力学系统在状态变化过程中热-功转换的关系和条件。,一、热力学系统：大量微观粒子组成的宏观物体（本章: 理想气体）,1、做功： 宏观运动与分子无规则热运动之间的转换。,2、传递热量：系统内外分子无规则热运动之间的转换。,二、改变系统状态(内能)的两种方法,做功和传递热量 (二者具有等效性),作电功改变系统 状态的实验,一、准静态过程,P-V图上一个点表示一个平衡态；一条曲线表示一个准静态过程。,系统所经历的中间态都无限接近于平衡态。, 1 准静态过程 体积功 热量,当气体作准静态压缩或膨胀时
2、，Pe = P 。,活塞与汽缸无摩擦,气体对外界所作的元功为：,二、准静态过程的体积功,功的大小等于PV 图上过程曲线P=P(V)下的面积。,功与过程的路径有关。,思考：,注意：功是过程量,过程不同，曲线下面积不同,（可正、可负、可零）,系统与外界之间由于存在温度差而传递的能量叫热量。,热量也是过程量。,三、热量Q （焦耳J）, 2 热力学第一定律,一、内能E（焦耳J）,内能的增量 只取决于系统的始末状态，而与过程无关。,理想气体内能：,内能是状态参量T 的单值函数E=E(T),也是状态的单值函数（态函数）。,二、 热力学第一定律：,内能增量,对于元过程：,E1E2,准静态过程,微变过程,依据
3、：,1、 等容（体）过程：,（1）特征：,dV = 0 dA = 0,（2）计算：,系统从外界吸收的热量全部用来增加气体内能。,三、热力学第一定律在等值过程的应用,2、等压过程,（1）特征： dP = 0,（2）计算：,等压过程中，系统从外界吸热，一部分用来增加气体内能，一部分用来对外作功。,3、等温过程:, dE=0,（2）计算：,在P-V图上，等温过程是一系列双曲线，双曲线位置越高，代表的温度越高。,等温过程中，系统从外界吸热全部用来对外作功。,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础,（2）,解决过程中能量转换的问题,（3）,（理想气体的内能）,（4） 各等值过程的特性 .,分别计算A与
4、Q。,例：有1mol理想气体,解：,一定量的理想气体经历acb过程时吸热500J, 则经历acbda过程时吸热为?,(A) -1200J,(B) 700J,(C) -700J,(D) 1000J,思路:, 3 理想气体的摩尔热容量,c比 ：比热容 （JK-1 kg-1),传热公式：,二、 定压摩尔热容,一、 定容摩尔热容,可见：Cv只与自由度i有关，与T无关。,对于理想气体：,任何过程!,说明：,在等压过程中，1mol理想气体，温度升高1K时，要比其在等体过程中多吸收8.31的热量，用于对外作功。,比热比：,理想气体的热容与温度无关。这一结论在低温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。,（摩尔
5、热容比）, 4 绝热过程,一、特征：dQ=0,二、任意 绝热过程的功：,无论过程是准静态的还是非准静态的,三、准静态绝热过程的过程方程,对其微分得:,联立（1）、（2），得：,理想气体状态方程,(1),(2),将 与 联立得:,说明：,(3) (4) (5)式称为绝热方程，各式中的各常数不相同。,四、准静态绝热过程功：,除用第一定律计算功外，还可用绝热方程计算：,将 代入,五、绝热线比等温线陡,1、等温：,A点的斜率：,2、绝热：,A点的斜率：,补充：绝热自由膨胀,Q=0， A=0，E=0,非准静态过程,练习1:,理想气体绝热自由膨胀，去掉隔板实现平衡后压强 p=?,哪一个解对？为什么？,绝热
6、方程对非静态过程不适用!,答案：（D）,一定量的理想气体在PV图中的等温线与绝热线交点处两线的斜率之比为0.714，求Cv。,解：,由,例1：,1mol理想气体的循环过程如PV图所示，其中CA为绝热线，T1、V1、V2、四个量均为已知量，则：,例2：,64g氧气，温度为300K，体积为3L，,（1）绝热膨胀到12L,（2）等温膨胀到12L，再等容冷却到同一状态,试作PV图并分别计算作功。,解：,例3：,例4：,气体的许多过程，既不是等值过程，也不是绝热过程，其压力和体积的关系满足：,n =1 等温过程； n = 绝热过程；n= 0 等压过程； n = 等体过程,PVn =常量 （n为多方指数）
7、,一般情况1 n ，多方过程可近似代表气体内进行的实际过程。,*四、 多方过程, 5 循环过程 卡诺循环,一、循环过程,1、系统经历一系列状态变化过程以后又回到初始状态。,2、在P-V图上的，循环过程是一条闭合曲线。,特征：内能不变。,顺时针循环（正循环）系统对外作的静功为正。,二、热机与制冷机,热机,逆时针循环（逆循环 ） 系统对外作的静功为负。,制冷机,热机,热机效率,热机效率,Q1为 循环分过程吸取热量的总和。, Q2循环分过程放出热量的总和。, Q1、Q2、A均表示数值大小。,例: 计算热机效率,吸热：,放热：,例：,解：,三、卡诺循环,1824年，卡诺（法国工程师）提出的理想循环。,
8、1、工质：理想气体,2、准静态过程。,两个等温过程，两个绝热过程。,四、 卡诺循环效率,AB：,CD：,卡诺定理指出了提高热机效率的途径：,尽量的提高两热源的温度差。,说明:1.卡诺循环须两个热源;2.效率与工质无关,只与两个热源温度有关;3.卡诺循环的效率总是小于1.,图中两卡诺循环 吗 ？,1,3,4,2,P,V,0,V1,V4,V2,V3,T1,T2,S1,S2,例 如图所示的卡诺循环证明：S1S2,五、制冷机,可使低温热源的温度更低，达到制冷的目的。,显然，吸热越多，外界作功越少，表明制冷机效能越好。,制冷系数：,注意：这里的Q2 仅是循环过程中系统从冷源吸收的热量 。,冰箱,六、卡诺制冷机,致冷系数：,例：已知:ac 是绝热过程，判断ab及ad是吸热还是放热？,求: 循环的效率,解:,求 的步骤:,已知:,解:,已知:,
