1、一 准静态过程（理想化的过程） 准静态过程：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 . 气体 活塞 砂子 1 2 状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状 态都近似于平衡态。 15.2 热力学的基本概念 u 一个系统的平衡态从破坏到恢复至 新的平衡态要经历一定的时间） ，这个时间就是“弛豫时间”。 举例1：外界对系统做功 例：气缸内气体从非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间 ，约 10 -3 秒 实际内燃机气缸内气体经历一次压缩的时间大约是10 -2 秒 热传递 做功 通过物体宏观位移来完成，是系统外物体的有规则 运动与 系统内分子无规则运动之间
2、的转换 通过分子间的相互作用来完成，是系统外、内分子无规则 运动之间的转换 改变系统内能的两种不同方法： 钻木取火 通过做 功的方式将机械能转换 为物体的内能。 烤火 通过热量 传递提高物体内能。 作机械功改变系统 状态的焦耳实验 A V 作电功改变系统 状态的实验 二 功（过程量） 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 . 准静态过程功的计算 注意：作功与过程有关 . 宏观运动能量热运动能量 四 内 能 （状态量） 2 A B 1 * * 2 A B 1 * * 理想气体内能 : 三 热 量（过程量） 通过传热方式传递能量的量度 15.3 热力学第一定律 系统从外界吸收的热
3、量,一部分使 系统的内能增加, 另一部分使系统 对外界做功 . 准静态过程 微小过程 1 2 * * +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 第一定律的符号规定 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础 （1）（理想气体的共性） （2） 解决过程中能 量转换的问题 （3）（理想气体的内能（态函数） （4） 各等值过程的特性 . 15.4 热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用 VV 1 等体过程 P 1等压过程 中热量改变： PP 定压摩尔热容: 理想气体在等压过程中吸 收的热量 ，温度升高 ，其定压摩尔热容为 TT 例3 质量为2.810-3 kg，压强为
4、1atm，温度为27的氮气。先在 体积不变的情况下使其压强增至3atm，再经等温膨胀使压强降至 1atm，然后又在等压过程中将体积压缩一半。试求氮气在全部过 程中的内能变化，所做的功以及吸收的热量，并画出p -V图。 解 V3V4 V p/atm 1 3 2 V1 1 2 34 12 等体过程： 2-3等温过程： V3V4 V p/atm 1 3 2 V1 1 2 34 3-4等压过程： 1 2 15.6.1 绝热过程 与外界无热量交换的过程 特征 绝热的汽缸壁和活塞 15.6 绝热过程与多方过程 绝热方程的推导 分离变量得 1 2 绝 热 方 程 常量 常量 常量 绝热线和等温线 绝热过程曲
5、线的斜率 等温过程曲线的斜率 常量 常量 A B C 常量 例 设有 5 mol 的氢气，最初的压强为 ，温 度为 ，求在下列过程中，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 . 解 1）等温过程 2）氢气为双原子气体 1 2 常量 非静态绝热过程 如：绝热 自由膨胀 V1中气体处于平衡态，抽去隔板，过一段时间后，V2中气体达 到新的平衡态。这是绝热自由膨胀， 没有外界帮助,过程中每个时 刻都不是平衡态。(又如：爆炸) 但不是等温过程 （状态方程可用，泊松方程不能用） 2 绝热壁 各种热机的效率 液体燃料火箭 蒸汽机 柴油机 汽油机 15.7 循环过程 1698年
6、萨维利和1705年 纽可门先后发明了蒸汽 机. 1765年瓦特改进了蒸气 机 ，大大提高了效率 . 热机 ：持续地将热 量转变为功的机器 . 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的 过程叫热力学循环过程 . 特征 15.7.1 循环过程 A B ACB 为膨胀过程： BDA 为压缩过程： 净功： 结论：在任何一个循环过程中，系统所做的净功在数值上 等于p V 图上循环曲线所包围的面积。 热机 热机效率 高温热源 低温热源 热机（正循环） A B 正循环与循环效率（热机效率） 净功 设：系统吸热 Q1 ， 系统放热 致冷机致冷系数 致冷机（逆循环） A B 致冷机 高温热源 低温热源
7、逆循环与致冷系数 冰箱循环示意图 1824年，法国青年科学 家卡诺（1796 1832 ）提出一种理想热机， 工作物质只与两个恒定 热源（一个高温热源， 一个低温热源）交换热 量。整个循环过程是由 两个绝热过程和两个等 温过程构成，这样的循 环过程称为卡诺循环。 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 . 15.7.2 卡诺循环 高温热源 卡诺热机 低温热源 A 1 2 3 4 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在 两热源之间的理想循环卡诺循环. 给出了热机效率 的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理. A 1 2 3 4 理想气体卡诺循环热机效率的计算 1 2
8、等温膨胀 2 3 绝热膨胀 3 4 等温压缩 4 1 绝热压缩 卡诺循环 1 2 等温膨胀吸热 3 4 等温压缩放热 A 1 2 3 4 4 1 绝热过程 2 3 绝热过程 卡诺热机效率 A 1 2 3 4 卡诺热机效率与工作 物质无关，只与两个热源 的温度有关，两热源的温 差越大，则卡诺循环的效 率越高 . A 1 2 3 4 高温热源 卡诺致冷机 低温热源 卡诺致冷机（卡诺逆循环） 卡诺致冷机致冷系数 例1. 一定量的理想气体，分别经历 a b c、d e f 过程。 这两过程是吸热还是放热？ def： abc： （0）（+） （+） （0） （-）（+） （-） （+） （-） = df绝热 等温绝热 例 3210 -3 kg氧气作ABCD循环过程。AB和C D都为等温 过程，设T1 = 300 K，T2 = 200 K，V2 = 2V1。求循环效率。 D A B C T1=300K T2=200K V2V1V p解： 吸热 放热 吸热 放热
