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一热力学过程过程准静态过程

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热力学第一定律

热力学第一定律
如果
1
相当于把吸收的热量全作功 从能量转换看 不违反热力学第一 定律 但为什么实际做不到？
说明:
必然还有一个独立于热一律的 定律存在 这就是热二律
2.卡诺制冷机
卡诺热机的逆循环
卡诺制冷机的制冷系数
T2 wC T1 T2
思考： 一直敞开冰箱门 能制冷整个房间吗？ 打开冰箱凉快一下
本章结束
比热容
CP CV
i2 i
5 3 7 5 8 6
1.7 1.4 1.3
理气内能增量
dEV CV dT
§ 等体过程 (isochoric process) P V=const . 1
dA=0
2 O V dQ=dE
M CV dT 因 dQ M mol
摩尔定体热容
若理气准静态
i dQ RdT PdV 2
dQ dE PdV i dQ RdT dA 2
六. 理想气体等容摩尔热容 理想气体等压摩尔热容
3 R 2 5 R 2 6 R 2
刚性单原子
刚性双原子 刚性多原子
i CV R 2
i2 CP R 2
CP CV R 迈耶公式
Q吸 w A外净
Q2 Q1 Q2
重要说明：
在热机、制冷机部分 由于实际中的需要或 说是习惯 无论是吸热还是放热一律取正值 则热机效率和制冷系数写成：
Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 Q2 w Q1 Q2
二. 卡诺循环 只与两个恒温热源交换能量的无摩擦的 准静态循环 1.卡诺热机
只与T1和T2有关
与物质种类、膨胀的体积无关
2 ) 理论指导作用
T1 提高 c T2

热力学第一定律

热力学第一定律
W 绝 热 V V 1 2pd p 1 V V 1 1 [V V 1 2 () 1 1 ]1 1 [p 1 V 1 p 2 V 2 ]
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)。

准静态热力学过程

准静态热力学过程

准静态热力学过程
准静态热力学过程是一种热力学系统在过程中足够缓慢地向平衡
态变化的过程，过程中系统的宏观性质始终保持稳定。

在这种过程中，系统可以看作是处于一系列平衡态中，并且在每个平衡态中，系统的
宏观性质可以被准确地测量并被描述。

准静态热力学过程通常可以用来对理想气体的热力学特性进行描述，例如，理想气体的等温膨胀过程就可以近似认为是一个准静态热
力学过程。

在这种过程中，压强随着体积的变化而变化，但是系统的
温度始终保持不变，这是因为在每个平衡态中，系统的温度都被维持
在一个固定的值。

因此，在准静态热力学过程中，系统的温度、压强、体积等宏观性质都可以被精确测量和计算。

总之，准静态热力学过程是热力学领域中一种特殊的过程，其中
的变化足够缓慢，以至于系统的宏观性质始终保持稳定。

通过对这种
过程的研究，可以更加深入地理解热力学理论的相关概念和原理。

准静态过程 功 热量 内能 热力学第一定律 等体过程 等压过程 摩尔热容等温过程和绝热过程

准静态过程 功 热量 内能 热力学第一定律 等体过程 等压过程 摩尔热容等温过程和绝热过程

V2 V
Qp
E2
E1
W
等压膨胀过程：气体吸收的热 量，一部分用于内能的增加， 一部分用于对外作功。
p
等 压
p
( p,V2 ,T2 )
2
( p,V1,T1)
1
压
W
缩
o V2
V1 V
Qp
E1
W
E2
等压压缩过程：外界对气体作 的功和内能的减少均转化为热 量放出。
等压过程中，W 与 △E始终同号
Q

m' M
解 1）等温过程
W12 '
RT ln V2 ' V1

2.80104 J
2）氢气为双原子气体
(i 2) i 1.40
T2

T1
(V1 V2
)
1

753K
p
p2
2 T2
p2' T2' T1
Q0
p1
2'
T1
T 常量 1
o V2 V2' V1 10 V1 V
怎么求？
由热力学第一定律
dQT dWT pdV
Q T
WT

p RT
V2 V1
pdV
V
p
p1
1 ( p1,V1,T )
p2
( p2 ,V2 ,T )
2
o V1 dV V2 V
恒
温
谁做功？
热
源
T
QT
WT
V2

V1
RT V
dV

RT
ln V2 V1
RT ln p1

大学物理热力学基础-准静态过程-功-热量内能

大学物理热力学基础-准静态过程-功-热量内能
2
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静 态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变 化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变 化，则该过程也不是准静态过程。
例如：气缸活塞压缩的速
度过快，气体的状态发生
变化，还来不及恢复，P、
F
V、T 无确定关系，则此过
程为不是准静态过程。
3
PA
量为0。 dT 0 2.过程方程 PV C
恒 温 源 T
P 1
P1
3.过程曲线
4.功 A V2 PdV V1
P2 o V1
T
2 V2 V
17
由理想气体状态方程
P m RT
V
RT
V
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
等温过程的功
A RT ln V2 m RT ln V2
m RT ln P1

P2
19
三、等压过程
1.过程特点
系统的压强不变 dP 0
P
2.过程曲线
3.内能增量
E m i RT
2
1
2
P
4.功 压强不变
o
V1
V2 V
A
V2 V1
PdV

P
V2
V1
dV
P (V2 V1 )
PV
20
5.热量
QP E A

m
14
热力学第一定 律在等值过程
中的应用
15
一、等容过程
1.过程特点
V
系统的体积不变 dV = 0
系统对外做功为0 dA = 0 2.过程曲线

准静态热力学过程

准静态热力学过程

准静态热力学过程热力学过程是指物质由一个状态变为另一个状态的过程，而准静态热力学过程是指在此过程中物质的每一个中间状态都可以近似看作平衡态。

这种过程可以用于研究热力学系统的性质与特性，为我们理解物质的热力学行为提供了重要的参考依据。

1. 热力学基本概念回顾在讨论准静态热力学过程之前，我们先回顾一下一些热力学的基本概念：系统、状态、过程、平衡等。

•系统：指将研究对象从周围环境中分离出来研究的部分，可以是封闭系统、开放系统或孤立系统。

•状态：指系统所具有的一组确定的宏观性质的集合，如压力、温度、体积等。

•过程：指系统从一个状态变为另一个状态的演化过程。

•平衡：指热力学系统的某个状态与周围环境没有任何差别，即系统处于静止状态。

2. 准静态过程与非准静态过程的区别在热力学中，准静态过程是指系统的每个中间状态都可以近似看作平衡态的过程。

而非准静态过程则是指系统的中间状态不能近似看作平衡态的过程。

准静态过程与非准静态过程的主要区别在于过程中的热力学状态变化的速度。

在准静态过程中，系统的变化速度非常缓慢，使得系统在每一个中间状态都有足够的时间达到平衡。

而在非准静态过程中，系统的变化速度较快，使得系统无法达到平衡态。

准静态过程的特点包括：•系统内部各点温度、压力等宏观性质基本相等；•系统与外界之间处于无限接近平衡的状态，能够实现最大的功输出。

非准静态过程的特点包括：•系统内部各点温度、压力等宏观性质存在差异；•系统与外界之间存在较大的非平衡状态，能够实现的功输出较小。

对于实际系统，准静态过程是一个理想化的过程，因为真实系统难以达到无限接近平衡的状态，但准静态过程的概念仍然对热力学的研究有重要的指导意义。

3. 热力学第一定律与准静态过程热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现。

对于一个封闭系统，在准静态过程中，热力学第一定律可以写作：ΔU=Q−W其中，ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

热力学准静态过程

热力学准静态过程
引言
热力学准静态过程是指在物质系统内部发生变化的温度、压强和物质量都是恒定，而热流和工作量都是等于零的过程。

典型的热力学准静态过程由温度T和压力P所描述，但这并不意味着系统永远保持不变。

准静态过程中的变化一般是非常缓慢的，只有在微小的时间间隔内才能发现。

因此，准静态过程是一种热力学过程，它伴随着温度、压强以及系统内物质总量的变化，但热流及热量的流动均等于零。

准静态过程有两个特殊的过程，即恒压过程和恒定温度过程。

在恒压过程中，系统内部的物质总量是恒定的，而温度和压强都会变化，此时热流也可能不等于零。

而在恒定温度过程中，系统内物质总量仍然保持不变，但压强和温度都会变化，而热流仍然等于零。

准静态过程的定义是：物质系统中的温度、压力和物质总量均保持恒定，热流和工作量都等于零的一种过程。

结论
准静态过程是一种对温度、压力和物质总量的变化很小的过程，而热流和工作量等于零。

它可以分为恒压和恒定温度两种过程，在恒压过程中，温度和压强可以变化，而恒定温度过程中，压强和温度可以变化，但热流仍然等于零。

它被广泛应用于工程和物理科学实验中，具有重要的意义和应用价值。

- 1 -。

准静态过程的三个条件

准静态过程的三个条件准静态过程堪称是理论物理中最基础的概念之一，其在热力学领域、流体力学中都有广泛的应用。

准静态过程是指热力学系统通过外部对其施加缓慢变化外场的过程，处于基本与外部恒态平衡的状态，使系统的热力学性质发生缓慢变化的过程。

然而，准静态过程不是随意发生的，必须满足三个条件：1. 系统处于内部平衡状态要满足准静态过程的第一个条件，就必须使系统不断地处于内部平衡状态。

内部平衡状态是指系统在平衡状态下内部各个部分的物理状态始终相等，而在准静态过程中，系统的温度、压强等物理状态应该随着时间缓慢变化。

因此，在每个时刻，系统内部各部分的物理状态应保持平衡并随着时间的变化呈缓慢变化。

2. 外场变化率很小要实现准静态过程的第二个条件，就需要使外场的变化率很小。

通常，外场变化率较小是指，外场的变化时间远大于系统中的弛豫时间。

弛豫时间是指，系统内的物理过程所需的时间。

弛豫时间随着物理过程的不同而变化，如果外场变化速度大于弛豫时间，系统将无法达到内部平衡状态，从而无法实现准静态过程。

3. 外场的变化是可逆的准静态过程的第三个条件是，外场的变化应该是可逆的。

这一条件非常重要，可逆过程是指，在完全相反的集成模拟下可以恢复原始状态的过程。

一旦外场变化是不可逆的，这意味着系统不再沿同一路径回到原始状态，熵值始终在增加，系统最终会变成混沌状态，这就是不可逆过程的实现。

这三个条件是准静态过程发生的必要条件。

这些条件有些不能完全满足，但可以接近满足。

热力学过程的准静态过程应该是平衡过程和非平衡过程的结合，热力学的理论建立在研究系统在平衡态下的宏观行为，而准静态过程是将热力学中的平衡态和非平衡态联系在一起的桥梁。

因此，在实际应用中，研究准静态过程，特别是在非平衡态下研究准静态过程，是十分重要的。

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。

准静态过程


dQ C ( T T ) CV 热量 Q V V 2 1 dT V
•等压过程：引入等压摩尔热容CP，表示在等压过程 中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。
dQ C ( T T ) CP P P 2 1 热量 Q dT P 规定： 系统吸热：Q 系统放热：Q 放 0 吸 0
9
4
三、功
i 微小变化： dE RdT 2
1. 气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。
例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推 动气缸活塞对外作功。 活塞与汽缸无摩擦，当气体作 准静态压缩或膨胀时，外界的压强 Pe必等于此时气体的压强P ，否则 P 系统在有限压差作用下，将失去平 衡，称为非静态过程。 若有摩擦力存在，虽然也可使过程进行的无限缓 慢，但也不是准静态过程。
V 1
V 2
P
2

V1
o
V 1 dV
V2
V
6
注意： 功的大小不仅取决于系 统的始末状态，且与系统 经历的过程有关。 12与11’2两个过程 的始末状态相同，但过程 曲线不同，两条曲线下的 面积不同，则作功也不同。 • 特殊：
P
1
1'
2
o
V1
V2
V
功是过程量
等容过程：A等容=0
等压过程：A等压= P(V2-V1) （不一定是准静态过程）
2
准静态过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件 下才可能实现。实际过程则要求系统状态发生变化的 特征时间远远大于弛豫时间τ 才可近似看作准静态过 程。 对于一个平衡态，我们可以用状态参量来描述。 作为准静态过程中间状 P A 态的平衡态，具有确定的状 态参量值。 对 于 简 单 系 统 可 用 P —V 图 过程曲线 上的一点来表示这个平衡态 。 B 系统的准静态变化过程可用 P— o V图上的一条曲线表示。 V 非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。 准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学 的基础，我们要着重讨论它。 3
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p
A*1pA*12*B
o
V
2
*B
o
V
WA1B QA1B WA2B QA2B WA1B2A QA1B2A 0
1 内能（状态量） 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 .
E
M
i RT 2
i RT 2
系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关 .
dE v i RdT 2
2 功（过程量）
宏观运动能量
热运动能量
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
dW Fdl pSdl dW pdV
W
dW
V2
V1
pdV
注意：作功与过程有关 .
3 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.
功与热量的异同 1）过程量：与过程有关；
T1 T2
T1 T2
2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；
1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡
3）功与热量的物理本质不同 .
功 宏观运动
分子热运动
分子热运动
热量
分子热运动
三 热力学第一定律
Q E W
表明
p
1*
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 .
o V1
*2
V2 V
准静态过程
微小过程
Q
E
V2
V1
pdV
dQ dE dW dE pdV
Q
+ 系统吸热
系统放热
Q E W
第一定律的符号规定
E
内能增加 内能减少
W
系统对外界做功 外界对系统做功
物理意义
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 .
准静态过程（理想化的过程）
若过程进行得足够缓慢，系统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，这种过程称为准静态过程（理想过程）.
p
砂子
p1 1 ( p1,V1,T1)
活塞
p2
2 ( p2 ,V2 ,T2 )
气体
o V1 V2 V
二 内能 功 热量
实验证明系统从 A 状态变化到 B 状态，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，做功和传热之和保持不变 .