热力学讲义基础zhao
合集下载
第一章经典热力学基础
环境对系统作功：W > 0；（即系统从 环境中得到功）
请注意
1. Q和W都不是状态函数，其数值与变 化途径有关；
2. Q和W不具有全微分性质，其微小
改变量用 表示，如 Q 、W
3.体积功的表示为：We PedV
We
V2 V1
pedV
3、热力学能（内能）
• 是指系统内部能量的总和，包括分子运 动的平动能、分子内的转动能、振动能、 电子能、核能以及各种粒子之间的相互 作用位能等。
基本内容
• 第一节 热力学基本概念 • 第二节 热力学第一定律 • 第三节 可逆过程与最大功 • 第四节 焓与热容 • 第五节 热力学第一定律对理想
气体的应用
• 第六节 热化学 • 第七节 热力学第二定律 • 第八节 卡诺循环和卡诺定理 • 第九节 过程的热温商与熵函数
• 第十节 熵变的计算 • 第十一节 熵的统计意义和热力
15
第四节 焓与热容
一、等容热和等压热
1. 等容热 在不作非膨胀功(即Wf = 0)，且体积不 变时，系统与环境交换的热，用QV表 示， QV就称为等容热。
因 dV= 0, δW= -PdV = 0, 所以有： ΔU= QV+W= QV
即：不作非膨胀功的等容情况下： ΔU= QV 或 dU = δQv
例题
求等压时，1mol 甲烷从298K升温到 898K时所吸收的热量。已知CH4(g)的等 压摩尔热容与温度的关系为：
Cp,m 14.318 74.633103T 17.426106T 2
解：
H
QP
T2 T1
nCP,mdT
QP
T2 (a bT cT 2 )dT
相互作用或影响所能及的部分称为 环境。
请注意
1. Q和W都不是状态函数，其数值与变 化途径有关；
2. Q和W不具有全微分性质，其微小
改变量用 表示，如 Q 、W
3.体积功的表示为：We PedV
We
V2 V1
pedV
3、热力学能（内能）
• 是指系统内部能量的总和，包括分子运 动的平动能、分子内的转动能、振动能、 电子能、核能以及各种粒子之间的相互 作用位能等。
基本内容
• 第一节 热力学基本概念 • 第二节 热力学第一定律 • 第三节 可逆过程与最大功 • 第四节 焓与热容 • 第五节 热力学第一定律对理想
气体的应用
• 第六节 热化学 • 第七节 热力学第二定律 • 第八节 卡诺循环和卡诺定理 • 第九节 过程的热温商与熵函数
• 第十节 熵变的计算 • 第十一节 熵的统计意义和热力
15
第四节 焓与热容
一、等容热和等压热
1. 等容热 在不作非膨胀功(即Wf = 0)，且体积不 变时，系统与环境交换的热，用QV表 示， QV就称为等容热。
因 dV= 0, δW= -PdV = 0, 所以有： ΔU= QV+W= QV
即：不作非膨胀功的等容情况下： ΔU= QV 或 dU = δQv
例题
求等压时，1mol 甲烷从298K升温到 898K时所吸收的热量。已知CH4(g)的等 压摩尔热容与温度的关系为：
Cp,m 14.318 74.633103T 17.426106T 2
解：
H
QP
T2 T1
nCP,mdT
QP
T2 (a bT cT 2 )dT
相互作用或影响所能及的部分称为 环境。
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
热力学基础-课件
元功： dW F dx p S dx dV
dW p dV
体积功
p
W V2p dV V1
p1
缓慢
pS
dx
p = p(V)
☻功 W 与具体的过程有 p2
关，是 “ 过程量 ” 。 o
W
0 0
V1
V2 V
Chapte作r 7者：热杨茂力田学基础
例 1mol理想气体初态 ( p0 , V0 )，分别计算在定压和等 温情况下系统体积膨胀至3V0时系统对外界做的功。 解：气体的起始温度为
§7. 2 热力学第一定律 及其应用
Chapte作r 7者：热杨茂力田学基础
☻第一类永动机
录像：
用动机能制成吗？
Chapte作r 7者：热杨茂力田学基础
焦耳的热功当量实验
1cal: 在标准大气压下将1克水从14.5℃ 加热至15.5℃所需的热量。
1cal15 = 4.1855 J
J.P.Joule
例 一定量的理想气体 N2，如图，求经历 1→2 → 3→ 4 过程后系统的 Q 、△E 及 W。
解： pV RT
E CV ,m (T4 T1 )
N2：i＝5，则 CV ,m 5R / 2
E
5 2
R(T4
T1 )
5 2
( p4V4
p1V1 )
1.25104 J
p / (1104 Pa)
3.0
pV RT
pdV RdT
dE
i 2
RdT
dQ
i 2
RdT
RdT
(
i 2
R
R)dT
Cp ,m
1
(
dQ dT
)
p
热力学基础经典课件
理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能
之和，其值为 E m i RT M2
由状态参量T决定，内能 E E(T ) ，是状态参量T的单值
函数——态函数。
dE
m
i
RdT
M2
E2
E1
m M
i 2 R(T2
T1)
dE>0，系统内能增加 dE<0，系统内能减少
§3-1 热力学第一定律
功 A
热量 Q
过程量
是系统的宏观有序机械运动 与系统内大量分子无规热运 动的相互转化过程。
Q=E+A
过程量
是外界物质分子无规热运动 与系统内物质分子无规热运
动的相互转化过程。
内能 ΔU
状态量
是构成系统的全部分子的平 均能量之和。
功、热量、内能国际标准单位都是 焦耳 （ J ）
§3-1 热力学第一定律
A
m M
(CV ,m
R)(T2
T1)
等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能， 一部分用来对外做功。
§ 3-2 热力学第一定律对理想气体的应用
★摩尔定压热容CP, m
dQp
m M
(CV ,m
R)dT
dQp
m M
C p,m dT
C p,m
CV ,m
R
i
2 2
R
——迈耶(R.J.mayer)公式
p
dV 0, dA 0, 系统对外作正功；
1
dV 0,dA 0, 系统对外作负功； dV 0,dA 0, 系统不作功。
功与过程的路径有关,功是过程量。
2
V
V1
V2
★净功
循环过程作功：循环曲线在 P—V图上包围的面积
之和，其值为 E m i RT M2
由状态参量T决定，内能 E E(T ) ，是状态参量T的单值
函数——态函数。
dE
m
i
RdT
M2
E2
E1
m M
i 2 R(T2
T1)
dE>0，系统内能增加 dE<0，系统内能减少
§3-1 热力学第一定律
功 A
热量 Q
过程量
是系统的宏观有序机械运动 与系统内大量分子无规热运 动的相互转化过程。
Q=E+A
过程量
是外界物质分子无规热运动 与系统内物质分子无规热运
动的相互转化过程。
内能 ΔU
状态量
是构成系统的全部分子的平 均能量之和。
功、热量、内能国际标准单位都是 焦耳 （ J ）
§3-1 热力学第一定律
A
m M
(CV ,m
R)(T2
T1)
等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能， 一部分用来对外做功。
§ 3-2 热力学第一定律对理想气体的应用
★摩尔定压热容CP, m
dQp
m M
(CV ,m
R)dT
dQp
m M
C p,m dT
C p,m
CV ,m
R
i
2 2
R
——迈耶(R.J.mayer)公式
p
dV 0, dA 0, 系统对外作正功；
1
dV 0,dA 0, 系统对外作负功； dV 0,dA 0, 系统不作功。
功与过程的路径有关,功是过程量。
2
V
V1
V2
★净功
循环过程作功：循环曲线在 P—V图上包围的面积
热力学基础PPT课件
热力学基础PPT课件
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。
热力学基础演示课件
QEM mCV(T2T1)
24.06.2020
pB
Q0
A
0等容吸热过程 V
讨 论:
Q>0时，E2－E1>0：等容吸热过
程。外界传给气体的热量全部用 于增加气体的内能；
Q<0时，E2－E1<0：等容放热过
程。气体放出的热量为气体内能 的减少；
P.14/42
8.3.2 等温过程 特征：气体在状态变化过程中温度
3
2
1
V/m3 O
V1 V4 V3
又 T3T290K0 则，
又 VV 4 312 Vpp32V 323 .67. 9 318 03 1m 0 33m3
p4=p1=1.013×105Pa
则，
T4
V4 V3
T3
450K
P.18/42
p/(1.013×105Pa)
3 2 1
V/m3 O
V1 V4 V3
3. 作功与热传递[heat transfer]的区别：
热传递是通过分子间碰撞完成的，即通过微观粒子相互 作用将分子无规则热运动能量自一物体转移到另一物 体；
24.06.2020
P.6/42
作功是通过物体的宏观位移，将物体有规则的 机械能转化为系统分子无规则热运动能量，从
而改变 E ；
热力学基础
p C V C 1787年发现;
T
热力学基础
m MCp(T2
T1)
或
Cp R
p(V2
V1)
p Q0
p
A
B
EM m2i R(T2T1)
O V1
V2 V
等压膨胀过程
AV V 12PdVP(V2V1)M mR(T2T1)
热力学基础知识讲解共37页文档
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
《物理课件：热力学基础》
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。
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。