准静态过程定义
热力学第一定律
例4.3 P.183
已知T1 =300 K, p2/p1 =10和p2 /p1 =100，则T=?
m x x=0(平衡位置)
例4.4 P.184
Q是系统所吸收的能量，W是外界对系统所
U2U1QW作的功
d U d Q d或 W d Q d U pd V
热力学第一定律12
一、定体热容与内能
定体比热容cv ，定压比热容cp
p
b
d
定体摩尔热容Cv,m, 定压摩尔热容 Cp,m
c
a
e
等体过程a—b, dV=0
T+dT
T
(ΔQ)v = ΔU
0 V
c V lT i0( m m Q T )V lT i0 (m T u)V ( T u)V
三、可逆与不可逆过程
系统从初态出发经历某一过程变到末态，若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程（这时系统回到 初态，对外界也不产生任何影响），则原过程是可逆的。若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过程， 则原过程是不可逆的。
例如：气体向真空自由膨胀就是一个不可逆过 程。
判断条件
真空
•系统回到初态 •对外界也不产生任何影响
一、理想气体内能
热力学第一定律12 1、自由膨胀过程
C
A
B
焦耳实验 理想气体宏观特性：
U1 (T1 ,V 1) =U2 (T2 ,V2)=常量
证明：理想气体内能仅是状态的函数，与体积 无关，称为焦耳定律
满足pV=νRT关系；满足道尔顿分压定律； 满足阿伏加德罗定律；满足焦耳定律U=U(T)。
平衡态和准静态
定义：在不受外界影响的条件下，对 一个孤立系统，经过足够长的时间后， 系统达到一个宏观性质不随时间变化 的状态
用一组统一的宏观量描述状态
P
T
P1 T1
P2 T2
非平衡态
平衡态是热学中的一个理想化模型 实际上的处理：
⑴是否可看作平衡态？
时间足够长，不受外界影响
⑵实在不行可以分小块 ⑶远离平衡态：非线性，耗散结构 我们主要研究平衡态的热学规律
分子数越多，涨落就越小
准静态过程 每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化——无限缓 慢 (准 ) “无限缓慢”：系统变化的过程 时间>>驰豫时间
例 气体的准静态压缩
过程时间 ~ 1 秒
3 驰豫 10 s < 时间
例 准静态传热
T2 T1 nT
T1
T1
热库 T1 T
理想气体 宏观定义：严格遵守气体三定律（波 义尔-马略特定律、查理定律、盖-吕 萨克定律） 理想气体温标 实际气体理想化：P 不太高 T 不太低 若不满足上述条件： 在理想气体理论基础上加以修正
非静态过程
T2
T 1n 1T
热库 T1 nT
T1 T
热库
T1 2T
每一微小过程均是平衡过程
描写平衡态的宏观物理量称为物态参 量（态参量） 例如：气体的 P、V、T 一组态参量
描述
对应
一个平衡态
态参量之间的函数关系称为物态 方程 f ( P ,V , T ) 0
注意区分平衡态与稳定态：
Байду номын сангаас绝热壁
系统
平衡态
恒温器1 绝热壁
系统
恒温器2
T1
“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考-最新作文
“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考-最新作文“工程热力学及传热学”教学中关于准静态过程和可逆过程的几点思考Reflections on T eaching Reform about the Course of EngineeringThermodynamics and Heat TransferWU Hequan， LIU Zhihong（College of Automotive and Mechanical Engineering，Changsha University of Science and Technology， Changsha，Hu'nan 410114）Abstract This paper analyzes the relationship and difference between the quasi-static process and reversible process in the course of engineering thermodynamics and heat transfer. It has enhanced the understanding of these concepts，in order to deal with the issues related to thermodynamics better.0 引言“工程热力学与传热学”是汽车服务工程、热能与动力工程等专业的必修课程。
它是研究热能与机械能相互转换及热量传递规律的一门学科。
作为工科类的一门专业基础课，对机械工程专业也有重大意义。
准静态过程和可逆过程是工程热力学中的基本概念，弄清这两个概念在本学科的学习中显得尤为重要。
1 准静态过程1.1 平衡状态在不受外界影响的条件下（重力场除外），如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统处于平衡状态。
平衡的本质即无不平衡势，包含以下几个方面：（1）无温差，即无热不平衡势;（2）无压差，即无力不平衡势;（3）无相变，即无相不平衡势;（4）无化学反应，即无化学不平衡势。
热力学第一定律
= PdV
A=
∫
V2
V1
pdV
7
A =
∫ dA = ∫
V2
V1
pdV
dV > 0, dA > 0, 系统对外作正功；
dV < 0,dA < 0, 系统对外作负功；
dV = 0,dA = 0, 系统不作功。
A = ∫ pdV
V1
V2
由积分意义可知，功的大小等于p—V 图上过程 曲线p(V)下的面积。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间状态，功 8 与过程的路径有关.
QT 热源 Q V
等容过程
热源 QP
等压过程
T 恒温大 V
6
三、功 热量 内能 dx 1功 如图示的热力学系统： P S 若过程为无摩擦的准静 态过程 活塞迎着气体一侧的面积为S气体膨胀推动活塞对 外作功：
dA =
当系统体积从 V1→ V2，系统对外界作功：
F Fdx = S Sdx
在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作 功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。 22
四、绝热过程
系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。
绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减少实 现的，故温度降低；绝热压缩过程中，外界对气体作 功全部用于增加气体内能，故温度上升。 绝热过程方程: 气体绝热自由膨胀 Q=0， A=0，△E=0
14
Q=∫
V2
V1
i pdV + νR(T2 − T1 ) 2
Q = ( E 2 − E 1) + A = ∆ E + A
热力学第一定律，是包含热量在内的能量守恒定律。
Q>0 Q<0
热学学 第四章 热力学第一定律.
植物，通过氧化把化学能转化为热和机械能。
16
亥姆霍兹 德国 物理学家（1821～1894） 《力之守恒》 化学、力学、电磁学、热学
17
• 2 内能
内能：在热学参考系下，所有分子的无规则运动的能量之和。
热学参考系：使系统宏观静止的参考系
用的能量，在过程中保持为常数，因此可以省略。
• 内能具体包含哪些能量---普遍
分子的动能(包括平动、转动、振动)
+分子内部的振动势能
+分子间的势能
18
---原子核内的能量，不能被运用，省略。 ---系统整体运动的能量，不是内能，排除。 (系统的整体平动、转动的动能) ---对于理想气体，分子间势能在任何过程中始终保持为常数， 可以省略。 • 例子：单原子分子理想气体的内能。 每个分子的动能之和。---热学坐标系。 • 例子：刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。 • 例子：非刚性双(多)原子分子理想气体的内能。 每个分子的平动动能之和，每个分子的转动动能之和。每个分 子的振动动能之和，每个分子的振动势能之和。 • 例子：前面的例子都为非理想气体时。 都要包含分子间的势能之和。
系统和外界在非功过程交换的能量，称为热量
注意：1）热量过程量。
2）系统和外界必须有温度差，才能交换热量。
3）系统和外界交换能量的方式只有两种：功，热量。
§4.3 热力学第一定律
本质：能量转化和守恒定律在热学系统的表现。
1 历史
14
焦耳(1818-1889),英国。 热功当量
w电＝I 2Rt＝JQ w重力＝JQ Q cmT
热力学第一定律
§3.4 热容量，热力学第一定律对理想气体的应用
一.等容摩尔热容量
摩尔热容量：一摩尔物质(温度T时)升高1度所吸收的热量,即
Cm
1
dQ dT
单位:J/mol•K
一般C与温度有关，也与过程有关，可以测量。
原平衡态
非平衡态
新平衡态
热力学中研究过程时，为了在理论上能利用系 统处于平衡态时的性质,引入准静态过程的概念.
二.准静态过程: 1.在过程中的任意时刻,系统都无限的接近平衡 状态,准静态过程是由无数个平衡态组成的过程.
2.准静态过程是实际过程的理想化模型. (无限缓慢)有理论意义,也有实际意义. 3
对于理想气体的等容过程,
dQ dE i RdT
2
1 dQ i
CV .m
dT
R 2
dA 0
C v.m i R 2
T2
E E2 - E1 CV.m dT
T1
E
C V.m
T
14
注意：对于理想气体,公式 E = Cv T 不仅适用于等容过程，而且适用于任何过程。
如图，作一个辅助过（等容+等温） 连接始末两点 E辅 EV + ET
系统 （ T1 ）直接与 热源 （ T2 ）有限温差
T2 热传导为非准静态过程
系统 T1
T1+△T T1+2△T T1+3△T T2
保持系统与外界无穷小温差， 每一无穷小传热过程为等温过程, 过程“无限缓慢”即可看成准静态传热过程.
10
三.热力学第一定律
对于任一过程
热力学第一定律 哈工大
等温线
( 1)
0
V
p nkT
{
等温： T 不变， n
绝热： T ， n
p p
V1
V2
C绝 0
五、多方过程
14
实际的热工过程中，严格的等温或严格的绝热过程难以实现， 对气体加以压缩或使气体膨胀时，气体经历的过程常常介于绝热 和等温之间的过程，而把此过程称为多方过程，写为：
M M Q C P T21 CV T32
5 3 ( P1V2 P1V1 ) ( P2V2 P1V2 ) 2 2
V
(3)
11 2 P1V1 5.6 10 J 2
A Q 5 .6 10 2 J
22.5 热机效率
一 循环过程 p Q吸
正循环
19
p
p
10ⅠΒιβλιοθήκη ⅡAV2V1
pdV p (V
2
V1 )
由 PV RT
V2
0 V 1 R (T2 T1 ) R T
V2
V
E CV , m T
Q E pdV CV , m T RT (CV , m R ) T
例
解:
1mol氧气作如图所示的循环.求循环效率.
22
M Qab C p (Tb Ta ) M Qbc CV (Tc Tb )
p
a
p0
0
M
等
Qab
温
b
V0 M Qca RTc ln 2V0
M M
Qbc
Qca
c
Q2 1 1 Q1
CV (Tb Tc )
热力学第一定律
热 力 学第一章 热力学第一定律§1 热力学第一定律 一.准静态过程系统的状态发生变化时—系统在经历一个过程。
过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态.热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。
性质：1.准静态过程：是由无数个平衡态组成的过程即系统的每个中间态都是平衡态。
2.准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似。
实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程 。
·拉动活塞，使系统由平衡态1 →状态2，过程中系统内各处的密度(压强、温度)并不完全相同，要过一会儿时间，状态 2才能达到新的平衡。
所以，只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。
☆怎样判断“无限缓慢”？弛豫时间τ：系统由非平衡态到平衡态所需时间。
准静态过程条件： ∆t 过程进行 >> τ例如，实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程， ∆t 过程进行 = 0.1秒τ = 容器线度/分子速度= 0.1米/100米/秒 = 10-3秒3.过程曲线：准静态过程可用P －V 图上 一条线表示。
状态1状态2二.功、内能、热量1.功 ·通过作功可以改变系统的状态。
·机械功(摩擦功、体积功)2.内能·内能包含系统内：(1)分子热运动的能量；(2)分子间势能和分子内的势能；(3)分子内部、原子内部运动的能量； (4)电场能、磁场能等。
·内能是状态的函数*对于一定质量的某种气体，内能一般是T 、V 或P 的函数； *对于理想气体，内能只是温度的函数 E = E (T )*对于刚性理想气体分子, i ：自由度； ν ：摩尔数 ·通过作功改变系统内能的实质是：分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。
3.热量·传热也可改变系统的状态，其条件是系统和外界的温度不同。
·传热的微观本质：是分子的无规则运动能量从高温物体向低温物体传递。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
准静态过程定义
准静态过程定义
一、概述
准静态过程是指系统的内外参数变化缓慢而连续，可以近似看作系统处于平衡状态下的过程。
在准静态过程中，系统的热力学状态可以用宏观参数（如压强、温度、体积等）来描述，并且系统的热力学性质不随时间改变。
二、基本特征
1. 内外参数变化缓慢而连续
在准静态过程中，系统内外参数（如温度、压强、体积等）变化缓慢而连续，可以看作是无限小的步骤。
这种变化方式使得系统始终处于平衡状态下，从而保证了热力学性质不随时间改变。
2. 系统处于平衡状态
在准静态过程中，系统始终处于平衡状态下。
这是因为系统内外参数
的缓慢连续变化使得系统能够及时响应，并通过吸收或放出热量来保
持平衡状态。
3. 系统热力学性质不随时间改变
由于准静态过程中系统始终处于平衡状态下，并且内外参数的缓慢连
续变化，系统的热力学性质不随时间改变。
这种特征使得准静态过程
可以用宏观参数来描述。
三、应用
准静态过程在热力学、物理化学、工程等领域都有广泛的应用。
例如，在热力学中，准静态过程是理解等温、等压、等体积等过程的基础；
在物理化学中，准静态过程是探索化学反应动力学和热力学平衡的重
要手段；在工程领域中，准静态过程是设计和优化工业生产流程的基础。
四、实验方法
1. 玻璃管法
玻璃管法是一种常用的实验方法，它利用玻璃管将气体分离成若干个
小部分。
通过控制玻璃管两端压强差异或者通过移动活塞来改变气体
体积，从而实现准静态过程。
2. 洛伦兹力法
洛伦兹力法是一种利用电场对电荷进行加速来实现准静态过程的方法。
在该实验中，通过改变电场强度或者移动电极来改变电荷位置和速度，从而实现准静态过程。
3. 热力学循环法
热力学循环法是一种利用热机的工作原理来实现准静态过程的方法。
在该实验中，通过控制热机的工作过程，使得系统内外参数变化缓慢
而连续，从而实现准静态过程。
五、总结
准静态过程是指系统的内外参数变化缓慢而连续，可以近似看作系统
处于平衡状态下的过程。
在准静态过程中，系统始终处于平衡状态下，并且热力学性质不随时间改变。
准静态过程在热力学、物理化学、工
程等领域都有广泛应用，同时也有多种实验方法可以用来实现准静态
过程。