第19次课第7章热力学基础0211级
热力学基础学习课件PPT电子教案
V1 V2
Sp S l
功 A V2 pdV V2RT dV
V1
V1 V
RT ln V2
V1
RT ln p1
p2
吸收的热量
p
p1
T•1Ⅰ
p2
O V1
T2
•Ⅱ
V2 V
Q A RT ln V2 RT ln p1
V1
p2
在等温膨胀过程中,理想气体吸收的热量全部用来
对外作功,在等温压缩中,外界对气体所的功,都转
Xi’an Jaotong University
CV
lim ( QV T 0 T
) lim ( E V T 0 T
)
(
d d
E T
)
V
定压摩尔热容 Cp
Cp
lim
T 0
E
pV T
(dE ) dT
p
p(dV dT
)p
3. 热量计算 dQ C xdT
Q
T2 T1
Cx
dT
（一般情况下 C x 是温度的函数）
温线陡一些。
O
Xi’an Jaotong University
泊松方程
绝热线
A• 等温线
V
3. 绝热过程中功的计算
A (E2 E1) CV (T2 T1)
A
V2 pdV
V1
V2 V1
p1V1
dV V
1
1
(
p1V1
p2V2 )
A
R 1
(T2
T1
)
Q0
E A
绝热过程中,理想气体不吸收热量,系统减少的内能,等 于其对外作功。
是一种稳定态,而不是平衡态； 高温T1
第八章 热力学基础
第七章热力学基础
内容：系统从外界吸收的热量一部分用来对外 做功， 一部分用来增加系统内能。 公式：
Q = E2 − E1 + A = ∆E + A
物理意义：1）能量转换和守恒定律(本质)。 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， 适用于任意热力学过程。
功：
A = ∫V PdV = 0 i 内能： ∆ E = n R ∆ T 2 热： QV = AV + ∆E = ∆E = nCV ∆T i 等容摩尔热容： CV = R 2
1
V2
7-2,3 热力学第一定律及其应用
等压过程 特点：
第七章热力学基础
P = 恒量 V1 V 2 遵循： = , PV = nRT , Q = A + E T1 T 2
第七章热力学基础
1698年萨维利和 1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进 行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在 为提高热机的效率而努力， 从理论上研究热机 效率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另 一方面也推动了热学理论的发展 .
各种热机的效率 液体燃料火箭 汽油机
7-2,3 热力学第一定律及其应用
第七章热力学基础
7-2,3 热力学第一定律及其应用
第七章热力学基础
教学基本要求
一 掌握内能、功和热量等概念 . 理解准静态过程 . 二 掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在 等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变 量. 三 理解循环的意义和循环过程中的能量转换关 系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率 . 四 了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定 律和熵增加原理 .
第七章热力学基础
第七章 热力学基础§7-1功 热量 内能1、热力学系统和热力学过程研究关于热现象和热运动规律的物体（组）——热力学系统 热力学系统的状态随时间的变化——热力学过程 2、平衡过程（准静态过程）过程进行的时间大于各状态参量的驰豫时间 例：（1）使系统的温度由T 1升到T 2的过程 （2）气体的等温膨胀过程（缓慢提活塞）若用活塞快速压缩气缸内的气体，则P 、V 、T 都发生变化 3、功 热量 内能功和热量是能量交换的二种不同形式（实质）注意：（1）功和热量是过程的函数（与过程无关），不少态函数 （2）对平衡过程： （吸热、放热）)T T (MC )T T (C M MCdT M M Q 1212molT T mol 21-=-=⎰＝ C 是该过程的摩尔热容量molM Cc =，是该过程的比热 Mc 是改过程的热容量对等温过程，∞=C ，不能用上式计算。
对外做功：⎰⎰==21v v 21PdV dA A平衡过程在PV 图上可以用一条曲线表示。
该曲线与V 轴所围的面积代表功。
功、热的单位是焦尔或卡。
1卡＝4.2焦尔，1焦尔＝0.24卡图7-1-1气体膨胀做功及其示意图内能——（1）物质系统内部状态决定得能量，是态函数；（2）一般要选择一参考态内能，实际中经常讨论得是内能差； （3）对理想气体内能E 仅是T 的函数。
§7-2热力学第一定律它是能量转换和守恒定律在涉及到热现象过程中的具体形式。
A E E Q 12+-=对任意热力学过程适用（固、液、气） Q:吸热，12E E -是内能增量，A 是对外做功。
对状态的微小变化过程PdV dE A d dE Q d +=+= 对于平衡过程⎰+-=21V V 12PdV E E Q注意：功、热之间的转换不可能是直接的，必须通过物质系统来完成。
§7-3 理想气体的等值平衡过程及摩尔热容量f = PsdL一、等容过程 气体定容摩尔热容量设系统质量为M ，摩尔质量为M mol ，V 为恒量。
普通物理学第五版7-1热力学第一定律
A
P
1
2
dA
V2
PdV
O
V1
V2
V
准静态过程（状态1到状态2） 气体对外界做功与过程有关。
A
V2
pdV
V1
功、热量、内能
（2）表面张力的功 在长方形铁丝框架上张有液体薄膜，表面上 单位长度直线两侧液面的相互拉力叫表面张力系 数，用 表示。 b b 液体薄膜有两个表面， ab 受到的张力为 l F dx F 2l 液体薄膜从 a´b´ 收 缩到ab 时，表面张力做功 为 dA F dx 2ldx dS
热力学过程
例1：外界对系统做功
u
过程无限缓慢，无摩擦。 非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间， 约 10 -3 秒 ，如果实际压缩一次所用时间为 1 秒， 就可以说是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量△P ，就可以 缓慢压缩。
热力学过程
例2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
系统T1
从 T1 到 T2 是准静态过程
第七章 热力学基础
7-1 热力学第一定律
§7-1 热力学第一定律 1. 热力学过程
热力学系统：在热力学中，一般把所研究的 物体或物体体分子 的集合或固体中的分子集合。
热力学过程：热力学系统（大量微观粒子组 成的气体、固体、液体）状态随时间变化的过程。
热力学过程
非静态过程
当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一 状态都是非平衡态。 系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平 衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平 衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。
准静态过程
热力学基础知识点总结(一)
热力学基础知识点总结(一)前言热力学作为物理学的一分支，研究热和能量的转换关系，探讨物质在不同温度下的性质变化。
掌握热力学基础知识点是理解能量转化和热力学过程的关键。
本文将总结热力学的基础知识点，帮助读者快速了解和掌握该领域的核心概念。
正文热力学系统•热力学系统是指研究对象的一部分，可以是一个物体、一些物体的集合或整个宇宙。
•系统根据与外界的交换能量和物质的方式分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
状态函数和过程函数•状态函数是只与系统的初始状态和终态有关的函数，例如内能、压强和体积等。
•过程函数是与系统的路径有关的函数，例如热量和功等。
过程函数的值取决于系统经历的变化路径。
热力学第一定律•热力学第一定律是能量守恒定律的热力学表述，它规定了能量在物质间的传递和转换。
•根据热力学第一定律，系统的内能变化等于系统吸收的热量减去对外界做功的量。
熵•熵是描述系统无序程度的物理量，代表了能量的分散程度。
熵是状态函数，与系统的初始和终态有关。
•根据热力学第二定律，孤立系统的熵不断增加，熵的增加决定了不可逆过程的方向性。
温度•温度是物体热平衡状态下的一个物理量，反映了物体内部分子的平均热运动程度。
温度的单位是摄氏度、开尔文等。
•温度可以用可逆过程中吸收的热量与系统对外界做功的比值来定义。
热力学循环•热力学循环是一个系统经历的一系列状态变化，最终回到初始状态的过程。
•常见的热力学循环包括卡诺循环和斯特林循环，它们用于热机和制冷机的工作原理研究。
结尾通过本文的总结，我们了解了热力学的基础知识点，包括热力学系统、状态函数和过程函数、热力学第一定律、熵、温度和热力学循环等。
这些知识点是理解热力学原理和应用的基础，对于学习和应用热力学具有重要意义。
希望读者通过本文的阅读，能够对热力学有更清晰的认识，并在实际问题中灵活运用。
热力学系统•封闭系统：与外界的物质交换是封闭的，但能量可以通过传热和传动两种方式与外界交换。
•开放系统：与外界的物质和能量交换都是开放的，可以通过输入和输出物质与能量来实现。
热力学基础知识点总结
热力学基础知识点总结热力学是研究热现象中物质系统在平衡时的性质和建立能量的平衡关系，以及状态发生变化时系统与外界相互作用（包括能量传递和转换）的学科。
以下是热力学基础的一些重要知识点总结。
一、热力学系统热力学系统是指我们所研究的对象，它可以是一个封闭的容器中的气体，也可以是一个热机的工作物质等。
根据系统与外界的物质和能量交换情况，可分为三类：1、孤立系统：与外界既没有物质交换，也没有能量交换。
2、封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换。
3、开放系统：与外界既有物质交换，又有能量交换。
二、热力学状态参量描述热力学系统状态的物理量称为状态参量，常用的有压强（P）、体积（V）、温度（T）等。
压强是作用在单位面积上的正压力，国际单位是帕斯卡（Pa）。
体积是系统所占据的空间大小。
温度是表示物体冷热程度的物理量，从微观上看，它反映了大量分子热运动的剧烈程度。
三、热力学第零定律如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡（温度相同），则它们彼此也必定处于热平衡。
这一定律为温度的测量提供了理论依据。
四、热力学第一定律热力学第一定律本质上是能量守恒定律在热力学中的表现形式。
其表达式为：△U ＝ Q ＋ W 。
其中，△U 表示系统内能的变化，Q 表示系统从外界吸收的热量，W 表示系统对外界所做的功。
当系统从外界吸热时，Q 为正；向外界放热时，Q 为负。
当系统对外界做功时，W 为正；外界对系统做功时，W 为负。
内能是系统内部分子热运动的动能和分子间势能的总和。
内能是状态函数，只与系统的初末状态有关，而与过程无关。
五、热力学第二定律热力学第二定律有多种表述方式：克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体。
开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
热力学第二定律揭示了自然界中热现象的方向性和不可逆性。
六、熵与热力学第二定律的微观解释熵是用来描述系统混乱程度的物理量。
高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)
Cv
i 2
R,
CP CV
E M CVT 力 dT=0；PV=C
PVn=C；n=0，1，，
学
热
力 学
Q= ΔE +A
第 一 定 律
dQ=0；PVr=C
ΔE=0；
1 Q2
Q1
Q1-Q2=A净
Q2
的
应
A V2 PdV V1
用
Q m CT
1 T2
Q1 Q2
dQ = dE + dA
11
注意： 1.Q是一个过程量
Q =E2 E1+ A
2.正负号的规定:
Q0 (系 统吸 ); 热 Q0 (系 统放 ) 热 A0 (系 统对外 ); 作 A功 0 (外 界对系)统作功 E0 (系 统内能 ); 增 E加 0 (系 统内能 ) 减少
V0
真空
T
T0
2V 0
V01T0 （2V0） 1TT
∵绝热过程
P0V0 P（2V0） P
(EE0） A0 EE0 T（ T0）
而 A=0
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P
1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
Q的大小与过程有关
Cm
的大小也与过程有关
ol
（1）.等容摩尔热容CV
13
CV
dQV dT
dV Q d（ E d V 0 d A P d 0 ） VCV
《物理课件：热力学基础》
热力学基础PPT大纲： 1. 热力学基本概念介绍 2. 热力学第一定律：能量守恒定律 3. 热力学第二定律：热力学箭头
热力学第三定律：绝对零度
探索绝对零度的奥秘，了解熵在该温度下的行为以及其对热力学的影响。
液氮实验
通过浸入液氮的实验，展示绝对 零度对物态的影响。
冰晶结构
低温室
深入研究绝对零度下的冰晶结构， 揭示其奇特性质。
热泵 转换低温热能为高温热能 工作于低温环境 应用于制冷和空调系统等
蒸汽与燃气轮机原理
探讨蒸汽轮机和燃气轮机的原理，了解它们在能源生产和发电中的关键角色。
蒸汽轮机
详细解释蒸汽轮机的工作原理和 在发电厂中的应用。
燃气轮机
研究燃气轮机和喷气发动机的相 似性，以及它们在空中和陆地上 的应用。
发电厂
深入了解发电厂中蒸汽轮机和燃 气轮机的作用和贡献。
探究低温实验室中的绝对零度研 究设备和技术。
热力学过程：等温、等容、等压、绝热
深入了解不同热力学过程，包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程，以及它们在现实生活中的应用。
等温过程
探索等温过程的特点和热力学运算的方法。
等压过程
研究等压过程中的功和热量变化，以及其在化学 反应中的应Fra bibliotek。等容过程
了解等容过程的条件和在引擎中的应用。
热力学熵与熵变
揭示熵作为热力学量的重要性，了解熵变对系统状态和过程的影响。
1 系统的有序性
探討熵的概念以及高熵和低 熵状态之间的差异。
2 熵的增加
了解为什么自然倾向于增加 熵，并探讨熵的增加与不可 逆性的关系。
3 熵变的计算
深入研究计算熵变的方法，并讨论其在化学反应中的应用。
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卡 1
讨论：
T2 T1
O
T1 T2
V
1) 增加效率的方法 增加 T1 降低 T2
2)一个热机起码要有两个热源 3)
1 T2 0
§7-4 卡诺循环
二.卡诺循环：两条等温线两条绝热线构成的循环 1.理想热机
2.卡诺热机的效率：
p
卡 1
3.卡诺定理:
T2 T1 T2 T1
B
D
o
V
例3．求空气标准奥托循环的效率
(0) K-a,吸气；a-K，排气 (1) a-b，绝热 (2) b-c，等体吸热 (3) c-d，绝热 (4) d-a，等体放热
p
c Q1
b K
O
d Q2 a
V1 V
1
Q2 Q1
1
1 V1 V2
1
V2
压缩比
§7-4 卡诺循环
O
T1 T2
V
1
4.卡诺致冷机的致冷系数： w
卡
T2 T1 T2
例4. 如图所示为1摩尔单原子分子组成的 理想气体系统的循环过程，求： 1. a的状态参量； V(l ) 2. 循环效率。
40
20
a
b
cபைடு நூலகம்
0
300
600 T ( K )
复习：7-3,4
预习：7-4,5,6 作业： 练习十八
3.35 10 J kg
5
T C
O
V
§7-4 卡诺循环
一.循环：系统从某一状态出发，经过一系 列状态变化后又回到初始状态的过程 1.循环特征：
E 0, Q A
p
2.分类：正循环(热机循环)
V
p
逆循环(致冷循环)
V
§7-4 卡诺循环
3.热机的效率：
p
A Q吸
Q1 Q2 Q1
练习二十 1，3
7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 三．等温过程 5.对外做功 1.特点 T C 2.过程方程 3. p ~ V 图
pV C
p
A RT ln V2 V1
6.吸收热量
QT CT ,m T
V
4.内能变化
E i 2
O
CT ,m
7.热一律
QT A
n 0 ,1, , 所代表的过程？
1.特点：一般过程
pV C
n
5.对外做功
A p1V1 p2V2 n1
n 为多方指数
3. p ~ V 图 为任意过 程曲线 4.内能变化
E i 2
p
6.吸收热量
Q C m T
n n1
O
V
Cm
CV ,m
RT CV ,m T
复习： 7- 3,4 预习： 7- 4,5,6 作业： 练习十八
第7章 热力学基础
7.1 热力学第一定律
7.2 气体的摩尔热容
7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的 应用 7.4 卡诺循环
7.5 热力学第二定律
7.6 熵 热力学第二定律的统计意义
复习
热力学第一定律
Q E A
E i 2
dQ dE pdV
RT CV ,m T
CV ,m i 2
A
R
V2
pdV
i2 i
V1
Q C m T
QV CV ,m T Q p C p ,m T
Cp CV
C p ,m
i2 2
R
R 的物
理意义
7.3 热力学第一定律 对理想气体等值过程的应用
V
7.热一律
E A 0
RT CV ,m T
绝热自由膨胀
p1 , V1 T1
真空
p2 , V2 , T2
前后状态参量间的关系：
V2 2V1
T2 T1
E2 E1
p2
1 2
p1
注意： 1) 过程不是等温过程 2) 过程绝热，但非准静态，故而 绝热过程方程在此也不适用
大气温度随高度的递减
g Sdh ( p dp )S pS
h
pS
dp gdh 0
dh
gdm
p
1
M V
p
RT
( p dp )S
T
C3
O
pV RT ( 1 ) g dT 2 10 K m
M
dh
R
* 多方过程
2.过程方程
RT 0
四. 绝热过程
1.特点
dQ 0
TV
1
5.对外做功
C2
A p1V1 p2V2
2.过程方程
pV
C1
p
1
T
C3
1
E
3. p ~ V 图 绝热线比等 温线倾斜
4.内能变化
E i 2
O
p dQ 0
6.吸收热量
Q 0 CQ ,m 0
高温热源
Q1
V
Q1 ：一次循环
系统吸收的总热量
Q2 ：一次循环系统放出的总热量
A 热机
Q2
计算效率时必须先分析吸放热
低温热源
§7-4 卡诺循环
3.热机的效率：
A Q吸
1
Q2 Q1
4.致冷机的致冷系数： 高温热源
w
Q2 A
Q2 Q1 Q2
A
致冷 机
Q1
Q2
低温热源
例2.如图，AB和CD是绝热过程，DEA 是等温过程，BEC是任意过程，组成一 循环过程。若图中ECD所围 面积为70J，EAB所围面 p C 积为30J, DEA过程中系 A 统放热100J，问BEC过 E 程中系统吸热为多少？
7.热一律
Q E A
例1．浸在冰水混合液中的圆筒形容器内盛 有1mol的双原子理气,活塞可动。迅速推动 活塞,使气体从标准状态压缩,体积减半；维 持活塞不动,待气体温度下降到0OC,再让活 塞慢慢上升到初始位置,完成一次循环 p (1)在pV图上画出循环 V C 曲线； dQ 0 (2)作100次循环有多少 冰融化?已知融化热为
二.卡诺循环：两条等温线两条绝热线构成的循环 1.理想热机：工质：理想气体 p 外界：两个恒温热源 系统：不散热不漏气无摩擦 T1 2.卡诺正循环的效率： T2
1
Q2 Q1
1
T2 T1 T2 T1
O
V
考研热门题： 证明： 卡 1
Q2 Q1
T2 T1
§7-4 卡诺循环
2.卡诺循环的效率：
7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 二．定容过程 1.特点 V C 2.过程方程 3. p ~ V 图
p T
p
5.对外做功
A0
C'
6.吸收热量
QV CV ,m T
7. 热一律 4.内能变化
E i 2
O
V
QV E
CV ,m i 2 R
RT CV ,m T
一．定压过程 1.特点 p C 2.过程方程
V T C'
5.对外做功
A p(V2 V1 )
6.吸收热量
Q p C p ,m T
3. p ~ V 图
p
7. 热一律 4.内能变化 O
E i 2
V
Q p E A
C p ,m i2 2 R
RT CV ,m T