第5章+热力学基础

V2
1 P RT V
W
V1
dV V2 P RT RT ln RT ln 1 V V1 P2
29
6-2 热力学第一定律
（6）热力学第一定律应用
Q E W
等温过程 则
E 0
Q W
意义：等温过程中系统吸收的热量全部用来对外作功。
QT W
V2
V1
dV V2 P RT RT ln RT ln 1 V V1 P2
Q2 Q2 T2 e W Q1 Q2 T1 T2
38
6-2 热力学第一定律
例题 1 家用冰箱的制冷系数 一般约为5，若一台冰箱被 放在温度为27℃的厨房中， 冰箱冷冻室内的温度为-18 ℃每天有大约的5 ×106热量 自厨房传递入冰箱内。（1） 在不考虑其它因素的条件下， 要使冰箱冷冻室保持-18 ℃ 冰箱每天要做多少功？此冰 箱每月的耗电量是多少？ （2）如果此冰箱为理想的 卡诺制冷机，每月耗电量又 为多少？ 39
30
6-2 热力学第一定律
4. 绝热过程 绝热材料
（1）过程特点
系统与外界绝热，无热量交换。
dQ 0
系统内能的减少全部用来对外作功。
V E T P V E T P
dQ 0
31
6-2 热力学第一定律
（2）内能增量
E CV T
（3）热力学第一定律应用
二、热力学第一定律对一些典型过程的应用 1. 等容过程 等容过程也称等体过程。 （1）过程特点 系统的体积不变 （2）过程方程
dV 0
P C T
21
6-2 热力学第一定律
P
（3）过程曲线
P2 P1 o
2
1
V
V
（4）功
W PdV 0
V1
V2
由于等容过程体积不变，气体作功为 0 。 （5）热量
W Q1 Q2 1106 J
因此，此冰箱每天的耗电量为
W L kW h 4.17 kW h 24 1000
41
6-2 热力学第一定律
（2）假设T2为冷冻室温度，T1为厨房内的温度， 则根据卡诺制冷机的制冷系数可得
T2 e 5.7 T1 T2
可求得冰箱每天的耗电量为3.66 kW· h 可见，在制冷循环过程中，卡诺制冷机效率最 高，耗能最低。
dQ=dW+dE
第六章 热力学基础
引言
蒸汽引擎模型
2
引言
蒸汽火车
蒸汽汽车
3
引言
汽车发动机
4
引言
从前一章可知，气 体的宏观性质由气体分 子热运动决定，当气体 受到外界影响时，分子 热运动将发生变化时， 气体宏观性质也会随之 发生改变，而这些变化 就成为了人们能够观察 的气体相关的热现象。 本章将从宏观的角度研究气体的热现象及其基 本规律，解释热现象的原因及应用。
W=0.7×106J
合计
睡觉 （8小时） W=2.0×106J
W=2.1×106J
Q 16.5 106 J
W 16.5 106 J
E Q W 0
学习或看电视 （4小时）
W=1.7×106J
43
6-2 热力学第一定律
思考题2
如果你将厨房的冰箱门打开 几个小时，厨房的温度是升高、降 低还是不变？假设厨房是封闭的。
dQ dE dW
2）实验经验总结，自然界的普遍规律。
19
6-2 热力学第一定律
第一定律的符号规定
Q
E
内能增加 内能减少
W
系统对外界做功 外界对系统做功
+
系统吸热 系统放热
物理意义 1）能量转换和守恒定律 。 第一类永动机是不 可能制成的 。
2）实验经验总结，自然界的普遍规律 。
20
6-2 热力学第一定律
44
6-1 理想气体状态与状态的改变 6-2 热力学第一定律
6-3 循环过程在工程中的应用
6-4 热力学第二定律
6-5 熵与无序
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6-3 循环过程在工程中的应用
循环过程应用非常常见，如 汽车发动机、蒸汽机等，还有冰 箱、空调等，它们分别以不同的 方式利用了不同种类的循环过程， 最终具有了各自不同的功能。
PdV R dT
26
6-2 热力学第一定律
可得：
CP CV R
意义：在具有相同初末态的过程中，等压过程吸收的 热量大于等容过程中吸收的热量。 1 mol 理想气体温度升高 1 K，对于等容过程， 体积不变，吸收的热量全部用于增加系统的内能。 而对于等压过程，吸收的热量除用于增加系 统的内能，还要对外作功。所以，等压过程中系 统吸收的热量比等容过程中要多8.31J。 对理想气体，等容摩尔热容量和等压摩尔热容量 均是与温度无关的常数。
a
B
V
36
6-2 热力学第一定律
（3）热力学第一定律
Q W
（4）循环效率
W Q1
P
A Q2
Q1
a
b B
由于
Q Q1 Q2 W
Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1
O
V
37
6-2 热力学第一定律
（5）正循环与逆循环 正循环—在P-V图上按顺时针方向进行的循环。
逆循环—在P-V图上按逆时针方向进行的循环。 逆循环过程中，外界对系统所做的功全 部以热量的形式传递给高温热源。 制冷系数
V C T
P P dP 0 P
P
2 1
V1 V2
V
24
（3）过程曲线
o
6-2 热力学第一定律
（4）热力学第一定律
dQp dE PdV
（5）功
压强不变
Wp PdV P dV
V1 V2
V2
V1
P (V2 V1 ) PV
（6）热量
Q E W E2 E1 P(V2 V1 )
42
6-2 热力学第一定律
三、人体新陈代谢的能量转换
W=0.7×106J 工作（上午） （4小时） Q=5.0×106J W=4.3×106J W=0.7×106J 晚餐 （1小时） Q=6.5×106J 午餐 （1小时） W=4.3×106J 工作（下午） （4小时）
Q=5.0×106J
早餐 （1小时） 锻炼 （1小时）
程，系统压强的下降由密度
绝热线
的减小和温度的降低共同产
生。因此绝热过程中压强的
2
o
变化快于等温过程。
V1
V2
V
35
6-2 热力学第一定律
5. 循环过程 （1）循环过程 循环过程是指一个热力学系统从某一状态出发， 经历一系列的变化过程最后又回到初始状态的过程。
循环过程特点
（2）过程曲线
E 0
P A b O
标准大气压:45˚纬度海平面处，0℃时的大气压。
1 atm 1.0110 Pa
5
（2） 体积V: 几何描述
单位:
1 m3 103 l
7
6-1 理想气体状态与状态的改变
（3） 温度T: 热学描述 单位:K(开尔文)。 2. 气体的平衡态 若气体系统不受任何外界的影响， P 、 V、T 将不随时间而变化，相当于气体处于某种固定的 状态，称为气体的平衡态。
25
6-2 热力学第一定律
（7）等压摩尔热容 定义：1mol物质在等压过程中，温度升高（或 降低）单位度时，所吸收（或放出）的热量。
CP dQp dT
等压摩尔热容与等体摩尔热容的关系
dE PdV dE dV CP P dT dT dT dT dQ p
其中
dE CV dT
1mol 理想气体
Q E
22
等容过程系统吸热全部转变成内能
6-2 热力学第一定律
（6）等容摩尔热容量
等容摩尔热容量：物质在温度变化单位温度时 所吸收（或放出）的热量。
dQV dE CV dT dT
单位：焦耳每摩尔开尔文, 符号 J∙mol-1∙ K-1
23
6-2 热力学第一定律
2. 等压过程 （1）过程特点 系统的压强不变 （2）过程方程
27
6-2 热力学第一定律
3. 等温过程
（1）过程特点
恒 温 源
T
T
（2）过程方程
P 系统的温度不变 dT 0 P1
PV C
1 2
V1 V2
V
28
（3）过程曲线
P2 o
6-2 热力学第一定律
（4）内能增量
m E CV T 0 M
W PdV
V1 V2
（5）功
由理想气体状态方程
1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 3）功与热量的物理本质不同。 功 宏观运动 分子热运动 热量 分子热运动 分子热运动
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6-1 理想气体状态与状态的改变 6-2 热力学第一定律
6-3 循环过程在工程中的应用
6-4 热力学第二定律
6-5 熵与无序
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6-2 热力学第一定律
当打开一瓶装有香 槟、苏打水饮料或者 任何其它碳酸饮料瓶 时，有时会看见在开 瓶瞬间，瓶口的周围 会形成一团白雾，或 者看见瓶口突然冒出 白烟。 那么为什么会出现这样的现象呢？瓶口产生雾 或烟是喷出来的液体吗？
p
砂子
活塞 气体
p1
p2
1 ( p ,V , T ) 1 1 1
2( p2 ,V2 , T2 )
o
V1
V2
V
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6-1 理想气体状态与状态的改变
三、气体状态的改变 1. 功（过程量） 宏观运动能量 热运动能量