第十热力学优秀课件

第十热力学
第十章 热力学基础
一、教学基本要求:
掌握功和热量的概念。理解准静态过程，掌握热力学 第一定律。能分析计算理想气体等容、等压、等温和 绝热过程中的功、热量、内能的改变量，热容量及卡 诺循环等简单循环的效率。了解可逆过程和不可逆过 程，了解热力学第二定律及其统计意义
二、基本概念及基本规律
平衡态 准静态过 可逆过程 热容量 摩尔定压
1、在下列说法中，那些正确（ ）
①可逆过程一定是平衡过程。
②平衡过程一定是可逆过程。
③不可逆过程一定是非平衡过程。
④非平衡过程一定是不可逆的。
（A） ④，①
（B）②，③
（C）①，②，③，④
（D）①，③
例题2
2、关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述
（）
①功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。
（A）Q1＜0，Q1＞Q2 （B）Q1＜0，Q1＜Q2 （C）Q1＞0，Q1＞Q2 （D）Q1＞0，Q1＜Q2
例题4
4、如图所示的两个卡诺循 环，第一个沿ABCDA进行， 第二个沿ABC'D'A进行， 则这两个循环的效率η1和 η2及两个循环所做的净功 A1和A2的关系（ ）。
(A)η1=η2，A1＜A2 (C)η1＞η2，A1=A2
等容过程的相关公式：
dA PdV 0
dQ dECv,mdT
等压过程的相关公式：（P不变）
dA PdV RdT
dECV,mdT
dQCP,mdT
等温过程的相关公式：（T不变）
dAPdV
dE0 dQdA
QARTlnV2
V1
绝热过程的相关公式：（dQ=0） 绝热过程方程（泊松方程）
PV 常量
dEdA A P0V0 PV
例题6
6、“理想气体只与单一热源接触经历某一循环后，吸
收的热量Q（Q >0）全部用来对外做功A(A >0）。”对
此说法，有如下几种评论，哪种正确（
）
(A)不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律。
(B)不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律。
(C)不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。
②一切热机的效率都只能小于1。
③热量不能从低温物体向高温物体传递。
④热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。
以上这些叙述（ ）
(A)只有②④正确。
（B）只有②③④正确。
(C)只有①③④正确。 （D）全部正确。
例题3
3、一定量的理想气体分 别由初态a经①过程ab和初 态a'经②过程a'cb到达相同 的终点b，如图2.5所示。 则两个过程中气体从外界 吸收的热量Q1 、Q2的关系 （）
程
热容量
摩尔定容 热容量
热力学第 一定律
绝热过程
理想气体 摩尔热容
量
热力学第 二定律
循环过程
迈耶公式 等容过程
热循环
热量 等压过程 制冷循参量P、V、T不
随时间变化的状态。 准静态过程：在过程进行中的每一时刻，系统的状 态都无限接近于平衡态。 可逆过程：外界条件改变无穷小的量就可使过程 反向进行，其结果是系统和外界能同时回到初态。 无损耗的准静态过程是可逆过程。
9、 下列理想气体各过程中可能发生的是（ ）
A内能减少的等容加热过程。 B吸收热量的等温压缩过程。 C吸收热量的等压压缩过程。 D内能增加的绝热压缩过程。
例题10
10、给定的理想气体（比热容 为已知），从标
准状态（P0、V0、T0）开始，做绝热膨胀，体积增大
到三倍，膨胀后的温度T=___3_1__ _T_0____；
(B)η1=η2，A1=A2 (D)η1=η2，A1＞A2
例题5
5、两个卡诺机的循环曲线 如图所示，一个工作在温度 为T1和T3的两个热源之间， 另一个工作在温度为T2和T3 的两个热源之间，已知这两 个循环曲线所包围的面积相 等。由此可知（ ）。
(A)两个热机的效率一定相等。 (B)两个热机从高温热源吸收的热量一定相等。 (C)两个热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的 差值一定相等。 (D) 两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。
制冷循环：（逆循环）：
外界对系统做功A，使系统从低温热源吸热Q2，向高 温热源放热Q1=Q2+A。
制冷系数为: Q2 Q2
A Q1 Q2
卡诺循环：系统只和两个恒温热源进行热交换的准静 态循环过程是卡诺循环。（在P—V图上由两条等温线， 两条绝热线构成的循环过程）
卡诺正循环的效率：
c
1
T2 T1
例题1
(D)违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。
例题8
8、某种单原子理想气体由图所 示A状态变化到B状态。从A状态 到B状态的变化过程不知道，但 若知道A态和B态的压强、体积 和温度，那么可以求出（ ）
A• B•
(A)气体膨胀所做的功 化
(B)气体内能的变
(C)气体传递的热量
(D)气体分子的质
例题9
热力学第二定律：
克劳休斯表述：热量不能自动的从低温物体传向高温 物体。
开尔文表述：其唯一效果是热全部转变为功的过程是 不可能的。 物理意义：热力学第二定律描述了热力学系统变化的 方向性，从微观意义上讲，自然过程（实际能发生的 过程）总是沿着使系统内的分子运动向更加无序的方 向进行。从宏观上讲自然过程都是不可逆的。
热容量：系统温度每升高1K所需要的热量。
定压摩尔热容：
Cm, p
1
dQ
dT p
定容摩尔热容：
Cm,V
1dQ
dTV
理想气体的摩尔热容：
i 2 Cm,p 2 R
Cm,V
iR 2
迈耶公式：
Cp,mCV,mR
热量：系统与外界或两个物体之间由于温度不同而 交换的热运动的能量。热量是过程量与具体过程相 联系。
功：准静态过程系统对外所做的体积功为
dAPdVA V2 PdV V1
体积功是过程量，与具体过程相联系。
热力学第一定律：
Q E 2 E 1 A d Q d d EA
物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在有 内能变化过程中的具体表述，它表示热力学系统 的内能，与外界交换的热量和外界之间的功三者 之间的变化规律。
1
循环过程的相关公式：
特征：系统经循环过程，回到初态。故
dE0 dQdA
热循环（正循环）： 系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热Q2。对外 做功Q1-Q2 效率为：
A 1 Q2
Q1
Q1
注意：A为系统对外做的净功，Q1为从高温热源的 吸热值，Q2为向低温热源的放热值，在计算效率时 Q1、Q2均取绝对值。