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1、1,10.1 功,热量，热力学第一定律 10.2 准静态过程 10.3 热容 10.4 绝热过程 10.5 循环过程 10.6 卡诺循环 10.7 致冷循环,第十章 热力学第一定律,2,作功可改变系统的状态,有规则动能无规则动能,基本特征：,10.1 功,热量，热力学第一定律,一 、功,3,功是一个过程量：,功不仅与系统的始、末状态有关，而且与所经历的过程有关。,系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？,4,二. 热量,传热也可以改变系统的状态。,传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。,热量：通过温度差传递的能量,5,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。,热量
2、也是过程量。, 复习:,内能一般有 E = E（T，V ）。 或 E = E（T，P ）,三. 内能,对于一定质量的理想气体：E = E(T),内能是状态量 ；对于一定质量的气体:,微观上热力学系统的内能是指什么？,对于刚性理想气体公式；,6,Aa外,Aa外,宏观上（热力学中）内能的定义：,实验：,记,存在由系统状态决定的能量，即内能,7,系统内能的增量等于系统对外界作的 绝热功的负值-热力学对内能的宏观定义。,（Aa为系统对外界作的绝热功）,（右为外界对系统作的绝热功）,问题：上面绝热情况下，,它们之间 有什么关系？,定义：内能 E 的增量,8,四.热力学第一定律, 实验结果：对于任一过程,
3、另一叙述：第一类永动机 是不可能制成的。, 对于任一元过程,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)。,符号规定: Q 0 系统吸热 E 0 系统内能增加 A 0 系统对外界作功,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,弛豫时间 系统由非平衡态趋于平衡态所需时间。 若变化过程的时间驰豫时间 可看作无限缓慢 “ 理想化”,物理上的“无限缓慢”，何义?,准静态过程： 过程中每一时刻可认为系统处于平衡态。, 过程： 意味着状态的变化； “平衡态”：状态不变。 如何统一？ 统一于过程进行“无限缓慢”！,10.2 准静态过程,10,例如：气体的准静态压
4、缩,过程时间1 秒,10-3 秒,压缩时: P由不均匀到均匀的弛豫时间,压缩所用时间为 1 秒 弛豫时间（ 10 -3 S）。 过程中保持系统与外界的压强差为无穷小,11,又如： 准静态传热,有限温差下的热传导， 为非准静态过程！,无限小温差下的热传导 为准静态过程!,状态图上准静态过程为连续曲线,T1与外界的T2为有限温差,保持系统与外界无限小温差,12,一、热容,单位：J/K,热容是一个过程量。,10.3 热容,13,二、摩尔热容,单位：J/(molK),1、定体摩尔热容,1mol物质的热容,三、理想气体的摩尔热容,14,2、理想气体内能公式（宏观）,对于任意无限小过程,对于任意过程，若
5、CV,m = 常数，则,理想气体EV 无关,15,证明：,16,4、比热比：,5、经典热容：由经典能量均分定理得,17,10.4 绝热过程,系统在和外界无热量交换的条件下进行的过程，称为绝热过程。,如何实现绝热过程 ？,1、用理想的绝热壁把系统和外界隔开。,2、过程进行得很快，以至于系统来不及与外界进行显著的热交换。,例.内燃机气缸内气体的膨胀、压缩；,空气中声音传播引起局部膨胀或压缩。,18,一、理想气体准静态绝热过程,热传导时间 过程时间 驰豫时间, 过程方程:,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
6、热的元过程,写出热一律：,19,(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,20,（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”,对上式积分得,21,【证明】设一等温线和一绝热线在点相交,比较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 V- n-P,（2）从A点沿绝热膨胀过程 V- n-P,且因绝热对外做功 E- T- P P3 P.,（注意绝热线上各点温度不同）,数学方法,物理方法,22, 能量转换关系:,Q =
7、0 E = CV ,m T,绝热过程靠减少系统的内能来对外做功。,功也可以直接由定义计算:,(2),23,2. 绝热自由膨胀,(1) 过程特点：为非准静态过程： PVgC 不适用！ 无过程方程可言!。 (2) 能量转换关系： 绝热自由：Q=0, A=0 ；由热一律：E2=E1 理想气体：T末T初T,24,三.理想气体的多方过程,某个准静态过程中，若相应摩尔热容 C为常量有过程方程 PVn =常量,多方指数,此方程概涵了各等值过程方程和绝热过程方程。 例如对绝热过程：C=0,n= 绝热方程,方程的导出：自己试试！,此过程 的摩尔热容,25,10.5 循环过程,循环过程：,实例：火力发电厂的热力循
8、环,列变化后又回到初态的整个过程叫循环过程。,系统（如热机中的工质）经一系,26,定义热循环效率,如果循环的各阶段均为准静态过程，则循环过程可用状态图（如 p V 图）上的闭合曲线表示。,27,10.6 卡诺循环,卡诺循环：,热机循环示意图,卡诺（Carnot ，法国人，1796 1832）,工质只和两个恒温热库交换,28,对理想气体工质：,12：,34：,等温过程,绝热过程,23：,41：,（闭合条件）,书 P105（3.3）式,29,卡诺热机循环的效率,说明：,c与理气种类、M、p、V的变化无关，, T1，T2 c ， 实用上是 T1 。,现代热电厂：,（900K） （300K）,理论上：c 65%，,实际： 40% ，,原因：,非卡诺，,非准静态，,有摩擦。,只与T1、T2有关。,30,10.7 致冷循环,致冷系数,卡诺致冷机,
