PPT《第三章 热力学第一定律》

第三章 热力学第一定律 § 3.

1 准静态过程§ 3.2 功、热、内能§ 3.3 热力学第一定律§ 3.4 热容量§ 3.5 理想气体的绝热过程§ 3.6 循环过程§ 3.7 卡诺循环§ 3.8 致冷机 3.1 准静态过程 Quasi-static process 状态随时间的变化称为 过程 .热力学系统的状态随时间变化的过程称为热力学过程.由于中间状态不同,热力学过程可分为两种类型: 1.非静态过程(又称非平衡过程) 某热力学系统从始态(平衡态)经一系列变化到达终态(平衡态),经历了从平衡态到非平衡态(系统各部分状态参量不均匀)、再到平衡态的过渡.这种始末两态之间所经历的中间状态为非平衡态的过程称为非静态过程. 例如推动活塞快速压缩气缸内的气体. 2.准静态过程 (2) 实现 准静态过程 的条件:准静态过程是一种理想过程,当实际过程进行得无限缓慢时,各时刻系统的状态就无限地接近于平衡态,该过程便是准静态过程. 系统受外界作用从一个平衡态总要打破平衡才能达到另一个平衡态,那么 准静态过程 如何实现呢? (1) 定义:系统在始末两平衡态之间任意时刻所经历的中间状态都可近似地视为平衡态的过程,称为准静态过程,或者说 准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程 . 所谓 过程进行的无限缓慢 是相对驰豫时间(即孤立系统从非平衡态变化到平衡态所需要的时间)来说的.当实际过程所经历的时间大于驰豫时间时,就可将该过程视为无限缓慢了.这时在任何时刻进行观察,系统都已有充分时间达到平衡态. 例如:气缸内处于平衡态的气体受到压缩再达到平衡所需时间(即驰豫时间)为10-3 秒,而实际压缩一次需时1秒,约为驰豫时间的1000倍.则该压缩过程便可视为准静态过程. u 外界压强总比系统压强大一小量ΔP, 就可以缓慢压缩. p1V1 p2V2 V p 从非静态过程向准静态过程逼近 p1V1 p2V2 举例2:系统(初始温度 T1)从外界吸热达到温度T2 系统T1 T1+ΔT T1+2ΔT T1+3ΔT T2 1. 从T1 T2 是准静态过程 2. 系统 温度 T1 直接与 热库 T2 接触,最终达到热平衡不是准静态过程. (3) 准静态过程可用系统的状态图(如pCV图或 p C T 图或 V CT 图)中的一条曲线表示.请看下图.状态图上任何一点表示系统的一个平衡态.由一系列平衡态组成的准静态过程在 p - V 状态图中用一条连续曲线来表示. p-V 图上几条准静态过程曲线 Ⅳ Ⅳ--循环过程曲线 3.2 功、热量 (Work, Heat) 回忆:内能 在温度不太高的情况下,对一定质量的气体分子组成的系统,内能是系统内分子热运动动能和分子间相互作用势能的总和.系统内能是温度( T )和体积( V )的函数,即: 对于理想气体,内能只是温度的单值函数,即E=f(T) ,在常温下,理想气体内能为: E = f ( T, V ) 当温度变化ΔT 时,其内能增量为: 内能是系统状态的函数,物质的状态一定,内能也一定,当系统从一个状态变化到另一个状态时,不管它的变化过程如何,内能的改变总是一个定值.那么怎样改变系统的状态,从而引起系统内能的变化呢? 传热 做功

一、功 功是能量传递与转化的量度.对系统做功使系统状态发生变化,同时就完成了能量的传递与转移过程. 例如:1. 对系统做机械功 如图所示,重物下落带动轮叶旋转,通过搅拌对绝热容器内的液体做功(叶片克服它与液体之间的摩擦力做功),使液体升温,即状态发生变化.在这一过程中完成了机械能和内能的转化和传递过程. 注意:应当注意功是过程量而不是状态函数. 2.对系统做电功电流通过电热丝使绝热容器内的液体温度升高,在这一过程中电能转化为系统的内能.