C1-5-2(热力学第一,二定律)

1Adp-V图上过程曲线下的面积来计算体积功系统对外界做功外界对系统做功循环过程的功21dVVVpA0d0dAV0d0dAV0d0dAV5.3功热量内能2二.热量Q5.3功热量内能热容量：TCQcMC摩尔热容：TCMQcC0d)dd(VVTQC等体摩尔热容：0d)dd(ppTQC等压摩尔热容：注意：热量是过程量中学TcMTTcMQ)(12比热3实际气体的内能：*所有分子的动能*所有分子内原子振动势能*分子间相互作用势能5.3功热量内能TV理想气体的内能：理想气体分子间无相互作用~无分子相互作用势能理想气体内能是温度T的单值函数4A与Q比较E改变方式特点能量转换量度做功热传递与宏观位移相联系通过非保守力做功实现机械运动热运动A与温差相联系，通过分子碰撞实现热运动热运动Q在系统状态变化过程中，A、Q、△E间数量关系包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律热力学第一定律5.3功热量内能55.4热力学第一定律一.热力学第一定律1.数学形式：AEAEEQ)(12系统从外界吸热=内能增量+系统对外界做功+12EE系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功QA6准静态微小过程：dQ=dE+pdV理想气体：VpTRiMQdd2d5.4热力学第一定律注意:只要初、末两态是平衡态，热力学第一定律均适用，至于在过程中经历的各态无需一定是平衡态。72.物理意义：涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。3.其它表述：第一类永动机是不可能制成的第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初态，不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功000AQE、、违反热力学第一定律即：5.4热力学第一定律8二.对理想气体的应用等值过程等体过程等压过程等温过程0dV0dP0dT绝热过程0dQ5.4热力学第一定律91)过程方程2121TTpp查理定律1.等体过程（dV=0V=C)5.4热力学第一定律2)热力学第一定律的具体形式TCMQVPAV0dTCMQEV吸热全部用于增加内能：AEQ代入等体摩尔热容适用于一切过程105.4热力学第一定律2.等压过程(dp=0p=C)1)过程方程2121TTVV盖.吕萨克定律2)热力学第一定律的具体形式TRMVVpVpAVV)(d1221TCMQpTCMEVEVpQ等压摩尔热容115.4热力学第一定律3)等压摩尔热容得：由TRMTCMTCMVpRCCVp迈耶公式12iiCCVp泊松比思考?VpCC为什么12讨论：?VpCC为什么相同。无论何种过程，，设系统由ETTTT)(1221EQAcV10若1200QAEQAVcP若VpCC5.4热力学第一定律135.4热力学第一定律1)过程方程2211VpVp玻意耳—马略特定律3.等温过程(dT=0T=C)2)热力学第一定律的具体形式0E12lndd2121VVRTMVVRTMVpAVVVV21221211lnlnppVpVVVpAQ吸热全部用于对外做功145.4热力学第一定律1)过程方程热力学第一定律0dddAEQ条件准静态：理想气体：0ddVpTCMVRTMpVTRMpVVpddd消去dTRCCVpVpCC/恒量pV恒量Tp1恒量TV1注意：只适用准静态过程155.4热力学第一定律绝热线：恒量pV1比等温线陡等温线：pV=恒量双曲线2)绝热线过p-V图中某点（A)A0dQ0dQp0dTP165.4热力学第一定律3)热力学第一定律的具体形式TCMEQV0)(212TTRiMTCMEAV1)(222112211VpVpVpVpRiVVVpCRCCCi2117过程特征过程方程吸热Q对外做功A内能增量E摩尔热容等体V=恒量0等压P=恒量等温T=恒量0绝热dQ=000恒量TP)(12TTcMv恒量TV恒量PV恒量PV恒量TV1恒量TP1)(12TTcMP12lnVVRTM2111lnPPVP或)(12TTRM或)(12VVP12lnVVRTM2111lnPPVP或)(12TTcMv12211VPVP或)(12TTcMv)(12TTcMv)(12TTcMvRi2Ri22理想气体典型过程的主要公式5.4热力学第一定律【】18小结：求法QAE,,ETCMVAQA：准静态过程21dVVVpAEQA非静态过程Q：等体TCMQVTCMQp绝热Q=0等温（准静态）12lnVVpVAQ等压AEQ或5.4热力学第一定律19何解对？为什么？由绝热方程2)2(00pppVVp解一：解二：00AQ自由膨胀绝热过程1200TTTE2022211ppVpVp×绝热方程对非静态过程不适用练习1:理想气体自由膨胀，去掉隔板平衡后压强p=?5.4热力学第一定律20思考：下列说法是否正确？（1）物体温度越高，含有热量越多。（2）物体温度越高，其内能越大。当物体与外界相互作用时在状态变化过程中发生能量传递，不能以宏观功计算的传递的能量称为热量。热量为过程量内能为状态量辨析：无意义√5.4热力学第一定律21练习2：理想气体的下列过程，哪些可能发生？(1)等体加热，内能减少，压强升高(2)等温压缩，压强升高，同时吸热(3)等压压缩，内能增加，同时吸热(4)绝热压缩，压强升高，内能增加答案：可能发生的有(4)5.4热力学第一定律22今日内容：一.热力学基本概念二.热力学第零定律温度第五章热力学基础三.功热量内能四.热力学第一定律五.循环过程卡诺循环六.热力学第二定律卡诺定理23一.循环过程1.定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程。顺时针：正循环逆时针：逆循环准静态循环过程~相图中的闭合曲线OPV正逆2.共同特征0E热力学第一定律：净净AQ5.5循环过程卡诺循环24热机高温热源低温热源热机能流图3.正循环及其效率特征：0净净AQ1Q2QA从外界吸热—对外做功热机的循环:静ApVoAB1V2VcD5.5循环过程卡诺循环25实例：蒸汽机的循环21AAA净21QQQ净效率:121211QQQQQQA吸净5.5循环过程卡诺循环26从高温热源吸热（可能不止一个）1Q向低温热源放热Q2（可能不止一个）对外做功21QQQA净净效果代价热机效率:121211QQQQQQA吸净推广到一般情况——热机的能量转换:5.5循环过程卡诺循环27？）（？净2)1(Q例1.一定量理想气体TA=300K,CP=5R/2进行如图循环过程，求：解：5.5循环过程卡诺循环latm)412)(2040(ABCDSAQ净净)(1062.1)(3.1018204JJ(1)循环过程E=028吸净）（QA2哪些过程吸热？K900K300AABBATVVTTK150K450CCDDBBCCTVVTTPPT为吸热过程ADBA,DAABQQQ吸5.5循环过程卡诺循环29DAABQQQ吸)J(1032.9)15036005(23003.101440)(23)(25)()(4DAAAAABAAADAVABpTTRRTVpTTRRTVpTTCMTTCM%4.171032.91062.144吸静QA5.5循环过程卡诺循环30致冷机高温热源低温热源制冷机能流图5.5循环过程卡诺循环4.逆循环及其致冷系数特征：0净净AQ外界对系统做功——系统向外界放热致冷机的循环：ApVoAB1V2Vcd1Q2QA315.5循环过程卡诺循环实例：电冰箱的循环向高温热源放热能量转换：从低温热源吸热2Q（效果）外界对系统做功A（代价）AQQ21注意：这里的Q2仅是循环过程中系统从冷库吸收的热量——衡量致冷的效力致冷系数：AQw2325.5循环过程卡诺循环空调机的循环—致冷机与热泵原理的结合AQ2Q1夏天AQ2Q1冬天压缩机作功，吸热传向高温热源介绍冬天热泵(A)大气(Q2)房间(Q1)室内升温(对大气致冷)季节作用低温热源高温热源效果夏天冷泵(A)房间(Q2)大气(Q1)室内降温（对房间致冷）33二.卡诺循环“为了最完整地研究由热得到动力的道理，必须不依赖于任何特定机构和任何特殊的工作物质，必须使所进行的讨论不仅适合于蒸汽机，而且可以应用于一切可以想象的热机，不管它们用的什么物质，也不管它们如何动作。”——卡诺5.5循环过程卡诺循环341.研究循环过程的理想模型——卡诺循环工质只与两个恒温热源交换能量的准静态循环1）与两个恒温热源交换能量2）不与其它热源交换能量卡诺正循环或卡诺逆循环特点:简单：只需要两个热源热机高温热源低温热源1Q2QA致冷机高温热源低温热源1Q2QA——两个等温过程——两个绝热过程5.5循环过程卡诺循环352.理想气体的卡诺循环A—B等温膨胀B—C绝热膨胀C—D等温压缩D—A绝热压缩循环过程Vop2TA1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V21TTabQcdQ卡诺热机效率5.5循环过程卡诺循环吸净QA36Vop2TA1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3VC—D等温压缩放热4322lnVVRTMQQcd1211lnVVRTMQQabA—B等温膨胀吸热B—C绝热过程132121rrVTVTD—A绝热过程142111rrVTVT4312VVVV5.5循环过程卡诺循环37121211214321211211lnlnln||TTTTTVVRTMVVRTMVVRTMQQQQA吸静121TT决定仅由21,TT1021TT21,TT降低途径，升高提高Vop2TA1TABCD1p2p4p3p1V4V2V3V5.5循环过程卡诺循环38卡诺致冷系数Vop2TA1TABCD21TT2Q1Q212TTTw致冷系数：就要消耗更多的功。源中吸热要从温度越低的低温热:,2wT5.5循环过程卡诺循环39公式适用条件AQwQQQA2121吸净对一切循环适用212121TTTwTT只对卡诺循环适用注意5.5循环过程卡诺循环40例2.一卡诺致冷机，从0℃的水中吸收热量，向27℃的房间放热。假定将50kg的0℃的水变成0℃的冰。已知冰的熔解热为3.35×105J·kg-1,试问：释放于房间的热量有多少？使致冷机运转所需要的功是多少？5.5循环过程卡诺循环解：卡诺致冷机从0℃(T2=273K)的水（即低温热源）处吸收热量为)J(10675.1501035.3752Q致冷机高温热源低温热源1Q2QA向27℃(T1=300K)的房间（即高温热源）放热Q1，外界需对卡诺致冷机做功A，AQQ2141例2.一卡诺致冷机，从0℃的水中吸收热量，向27℃的房间放热。假定将50kg的0℃的水变成0℃的冰。已知冰的熔解热为3.35×105J·kg-1,试问：释放于房间的热量有多少？使致冷机运转所需要的功是多少？致冷机高温热源低温热源1Q2QA5.5循环过程卡诺循环该卡诺致冷机的致冷系数为1.10273300273212TTT)J(1084.1721AQQ)J(1066.11.1010675.16722QAAQ得42练习3.一卡诺机进行如图两个循环，其相互关系为：（1）2121AA（2）2121AA（3）2121AA（4）2121AAc5.5循环过程卡诺循环43如图两个循环过程：过程21-2等温、2-3'等体3'-4等压、