PPT《第七章》

第七章 热力学是从能量守恒和能量转换的角度来研究热运动的规律.

它不考虑物质内部的微观结构. 研究方法是: 根据观察和实验所总结出的基本规 律(热力学第一定律、热力学第二定律)用逻辑推理的方法来研究物体的宏观性质以及宏观过程进行的方向和限度等问题. §1.热力学第一定律(first low of thermodynamics)一.基本概念1.热力学系统 ( thermodynamics system )孤立系统、封闭系统、绝热系统、开放系统2.热力学过程 ( thermodynamics process )观察活塞移动,见图: 活塞速度很小(趋近于零)和较大时气体状态变化有何不同? V→0,过程中的每一时刻气体能重新达到新的平衡态――准静态过程 特点:每一时刻均有确定的状态参量. P―V图示: 二.功、热量、内能1.功(work )(1)气体作功的计算,压力功, 见图 p s dx A>0――系统对外作功 A0 →吸热 Q <

0 → 放热 A>0 → 系统作功 A <

0 → 外界作功 §2 热力学第一定律对理想气体的应用 一.等容过程 (isometric process) 1.过程方程: 2. A、Q、ΔU 的计算 ∵ ΔV =

0 ∴ A =

0 Q = νCV(T2―T1) 而: Q = A + ΔE = ΔE 可得: i 的取值? 对其他过程是否成立? 二.等压过程(isobaric) 1.过程方程 2. A、Q、ΔE 的计算 由: 三.等温过程(isothermal process) 1.过程方程 2. A、Q、ΔE 的计算 Q = νCP(T2 -- T1) ΔE = νCV(T2 -- T1) ∵ ΔT =

0 ∴ ΔE =

0 Q = A = νRTlnV2/V1 等温过程 Cmol=? 四.绝热过程 1. A、Q、ΔE 的计算 Q =

0 A = - ΔE = -νCV(T2 - T1) 2.过程方程 dE =νCvdT = - dA= - P dV (1)PdV + Vdp =νRdT (2) 联立(1)(2)得(CV+ R)PdV = - CVVdp 得:CpPdV = - CVVdp 令 则有 解得 由 可得 3.绝热线与等温线 绝热线 等温线 绝热线较陡 如何判别绝热线与等温线? 例题 :m = 2.8*10-3 kg p = 1atm t = 270c 氮气,经历如图所示的过程,V4 = ? V3,求整个过程的 内能的变化,功,热量.( Cv = 2.5R ) p V o

1 2

3 v1 v3 v4 解:P―V 图示 求出各状态的参量 = 2.46 x 10-3m3 E4 - E1 = νCV(T4-T1) = 312J 等容过程: A1 =

0 等温过程: 等压过程: A = A1 + A2 + A3 =

449 J ΔE = Q - A =

312 J Q = Q1 + Q2 + Q3 =

761 J §7.3循环过程 卡诺循环 一 循环过程

1 热机的工作原理 以蒸汽机为例 特点: ① 工作物质(水蒸汽、液态水) ② 工作物质从外界吸热,增加内能,一部分对外作功 ③ 工作物质要回到原来状态,内能的另一部分以 热量的形式放到一个温度较低的冷凝器里去. ④ 以上过程循环不已地进行

2 定义:如果一系统从某一状态出发,经过任意的一系列过程,最后又回到原来的状态,则称此一系列过程为循环过程.

3 正循环及循环效率 规定:顺时针循环→正循环 ABCDA 热机 逆时针循环→逆循环 ADCBA 致冷机或热泵 分析正循环和逆循环的特点. 逆循环: 体积膨胀 系统对外作功. A = ? 正循环: 体积压缩,系统对外作负功. 整个过程: ΔE =

0 由能量守恒: A净=Q 净= Q1-Q2 循环效率: 由于Q2不为零,Q1不能为无穷大, ∴η