1、浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,热 力 学 基 础,主讲：郝亚非,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,13-1 准静态过程 功 热量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,一 准静态过程（理想化的过程）,从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程 .,明确几个概念：热力学系统、外界、热力学过程（准静态过程、非静态过程）,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,二 功（过程量）,1 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化.,2 准静态过程功的计算,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,注意：作功与过程
2、有关 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,三 热 量（过程量）,通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,（1）都是过程量：与过程有关；,（3）功与热量的物理本质不同 .,1 cal = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal,（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,13-2 热力学第一定律 内能,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,实验证明系统从状态A 变化到状态B，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，
3、做功和传热之和保持不变.,一 内能 （状态量）,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 ，理想气体的内能仅是温度的函数 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,二 热力学第一定律,系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,准静态过程,微变过程,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,
4、浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,（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.,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,13-3 理想气体的等体过程和等压过程,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,（4） 各等值过程的特性 .,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,一 等体过程 摩尔定体热容,由热力学第一定律,特性 常量,过程方程 常量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,单位,摩尔定体热容: 理想
5、气体在等体过程中吸收热量 ，使温度升高 ，其摩尔定体热容为:,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,由热力学第一定律,理想气体,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,等体升压,1,2,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,二 等压过程 摩尔定压热容,过程方程 常量,由热力学第一定律,特性 常量,功,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,摩尔定压热容: 理想气体在等压过程中吸收热量 ，温度升高 ，其摩尔定压热容为：,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系,摩尔热容比,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学
6、院,根据能量按自由度均分：等体过程中内能的增量：得到摩尔定体热容和摩尔定压热容的理论值：适用于温度低于100K时的单原子和双原子分子气体,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,三个量：,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,1,2,等 压 膨 胀,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,四 比热容,热容,比热容,系统单位质量的热容,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,13-4 理想气体的等温过程和绝热过程,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,一 等温过程,由热力学第一定律,特征 常量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师
7、 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,二 绝热过程,与外界无热量交换的过程,特征,由热力学第一定律,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,由热力学第一定律有,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,若已知 及,由 可得,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,绝热过程方程的推导,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,分离变量得,常量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,三 绝热线和等温线,绝热过程曲线的斜率,常量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息
8、 学 院,绝热线的斜率大于等温线的斜率.,等温过程曲线的斜率,常量,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,例13-4(1) 设有 5 mol 的氢气，最初温度 ，压强 ，求下列过程中把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功: （1）等温过程（2）绝热过程 （3）经这两过程后，气体的压强各为多少？,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,解 （1）等温过程,（2）氢气为双原子气体,由表查得 ，有,已知：,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,（3）对等温过程,对绝热过程， 有,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,例13-4(2) 氮气液化， 把氮气放在一个
9、绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K；经急速膨胀后，其压强降至 1个标准大气压，从而使氮气液化. 试问此时氮的温度为多少？,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,解 氮气可视为理想气体， 其液化过程为绝热过程.,氮气为双原子气体由表查得,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,例13-4(3)一汽缸内有一定的水，缸壁由良导热材料制成. 作用于活塞上的压强 摩擦不计. 开始时，活塞与水面接触. 若环境 (热源) 温度非常缓慢地升高到 . 求把单位质量的水汽化为水蒸气，内能改变多少？,已知 汽化热,密度,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院
10、,解 水汽化所需的热量,水汽化后体积膨胀为,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,1 一定量的理想气体，由平衡状态A变到平衡状态B（pA = pB），则无论经历的是什么过程，系统必然（A）对外作功（B）内能增加（C）从外界吸热（D）向外界放热,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,p,V,A,B,作功正负的判断:,作功与过程有关， 看是否单方向膨胀,O,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,2 一定量的理想气体内能E随体积V的变化关系如图，问该气体经历的是什么过程？,E,V,o,E=iRT/2 =KV pV= RT
11、V= RT /p,E=iRT/2 =KRT /p p=2K/i 等压过程,解：,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,3 下列四个假想的循环过程，哪个可行？,o,o,o,o,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,4 一定量的单原子分子理想气体，从初态A出发，经历如图循环过程，求:,（1）各过程中系统对外作的功、内能的变化和吸收的热量.,（2）整个循环过程系统对外作的总功及净吸热. （3）该循环的效率.,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,AB,解,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,BC 等容,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,CA 等压,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,本章作业,浙 江 师 范 大 学 数 理 信 息 学 院,
