大学物理热力学基础.ppt
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1、1第十三章第十三章 热力学基础热力学基础 13.1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量 13.2 内能内能 热力学第一定律热力学第一定律 13.3 理想气体的等体过程和等压过程理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容摩尔热容 13.4 理想气体的等温过程和绝热过程理想气体的等温过程和绝热过程 13.5 循环过程循环过程 卡诺循环卡诺循环 13.6热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述 卡诺定理卡诺定理 13.7 熵熵 熵增加原理熵增加原理 13.8 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义2例例题题氧气瓶的压强降到氧气瓶的压强降到106Pa即应重新充气,以免混即应重新充气,以免混入其
2、他气体而需洗瓶。今有一瓶氧气,容积为入其他气体而需洗瓶。今有一瓶氧气,容积为32L,压强为,压强为1.3 107Pa,若每天用,若每天用105Pa的氧气的氧气400L,问此瓶氧气可供多少天使用?设使用时,问此瓶氧气可供多少天使用?设使用时温度不变。温度不变。解解: 根据题意,可确定研究对象为原来气体、用去气根据题意,可确定研究对象为原来气体、用去气体和剩余气体,设这三部分气体的状态参量分别为体和剩余气体,设这三部分气体的状态参量分别为333222111,MVPMVPMVP使用时的温度为使用时的温度为T设可供设可供x天使用天使用TMVP111原有原有TMVP222每天用量每天用量TMVP333剩
3、余剩余x P2206-33分别对它们列出状态方程,有分别对它们列出状态方程,有RTMVPRTMVPRTMVP 333222111 23131xMMMVV 22131231VPVPPMMMx)( 天694001032101013055.)( 4热力学研究的对象,它包含极大量的分子、原子。热力学研究的对象,它包含极大量的分子、原子。 外界外界:热力学系统以外的物体。:热力学系统以外的物体。1、热力学系统、热力学系统(thermodynamic system)开放系统开放系统 孤立系统孤立系统 封闭系统封闭系统热力学系统热力学系统根据根据能量能量与与质量传递质量传递的不同的不同例:例:若汽缸内若汽缸
4、内气体为系统,气体为系统,其它为外界。其它为外界。 13.1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量一、一、准静态过程准静态过程5系统状态的变化就是过程。系统状态的变化就是过程。 过程中的每一状态都是平衡态过程中的每一状态都是平衡态 (Equilibrium state ) 不受外界影响时,系统的宏观性质不随时间改变。不受外界影响时,系统的宏观性质不随时间改变。举例举例1:外界对系统做功:外界对系统做功u过程无限缓慢过程无限缓慢非平衡态到平衡态的过渡时间,非平衡态到平衡态的过渡时间,即弛豫时间,约即弛豫时间,约 10 -3 秒秒 ,如果,如果实际压缩一次所用时间为实际压缩一次所用时间为 1 秒,
5、秒,就可以说就可以说 是准静态过程。是准静态过程。 外界压强总比系统压强大一小量外界压强总比系统压强大一小量 P , 就可以就可以 缓慢压缩。缓慢压缩。2、准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程 6举例举例2:系统(初始温度:系统(初始温度 T1)从)从 外界吸热外界吸热系统系统T1T1+TT1+2TT1+3TT2从从 T1 T2 是准静态过程是准静态过程 系统系统 温度温度 T1 直接与直接与 热源热源 T2接触,最终达到热平衡,接触,最终达到热平衡,不是不是 准静态过程。准静态过程。u因为状态图中任何一点都表示因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态,故准静态系统的一个平衡态,故准静态
6、过程可以用系统的状态图,如过程可以用系统的状态图,如P-V图(或图(或P-T图,图,V-T图)中图)中一条曲线表示,反之亦如此一条曲线表示,反之亦如此。 VPo等温过程等温过程等容过程等容过程等压过程等压过程循环过程循环过程7例例 右图活塞与汽缸无摩擦,当气体作准静态压缩右图活塞与汽缸无摩擦,当气体作准静态压缩或膨胀时,外界的压强或膨胀时,外界的压强Pe必等于此时气体的压强必等于此时气体的压强P,否则系统在有限压差作用否则系统在有限压差作用下,将失去平衡,称为非下,将失去平衡,称为非静态过程。若有摩擦力存静态过程。若有摩擦力存在,虽然也可使过程进行在,虽然也可使过程进行的的“无限缓慢无限缓慢”
7、,但,但Pe= P.l 无摩擦准静态过程,其特点是没有摩擦力,外无摩擦准静态过程,其特点是没有摩擦力,外界在准静态过程中对系统的作用力,可以用系统本界在准静态过程中对系统的作用力,可以用系统本身的状态参量来表示。身的状态参量来表示。二、二、 准静态过程的功准静态过程的功WPSdxeP8 为简化问题,只考虑为简化问题,只考虑无摩擦准静态过程的功无摩擦准静态过程的功。当活塞移动微小位移当活塞移动微小位移dx时,外力所作的元功为:时,外力所作的元功为:在无摩擦准静态过程中:在无摩擦准静态过程中:系统体积由系统体积由变为变为,外界对系统作总功为:外界对系统作总功为:FdxdW SdxPe PdVPSd
8、xdW 21VVPdVW, 0, 0 wdv系统对外作正功;系统对外作正功;, 0, wodv系统对外作负功;系统对外作负功;, 0 dv系统不作功。系统不作功。PSdxeP9 PVPba2VVdVV 1VIoII功的图示:功的图示: 比较比较 a , b下的面积可知,下的面积可知,功的数值不仅与初态和末态有功的数值不仅与初态和末态有关,而且还依赖于所经历的中关,而且还依赖于所经历的中间状态,间状态,功与过程的路径有关功与过程的路径有关。由积分意义可知,用由积分意义可知,用求出功的大小等于求出功的大小等于PV 图图上过程曲线上过程曲线P=P(V)下的面积。下的面积。 21VVPdVW10 21
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