5第五章热力学基础教程.ppt

第五章 热力学基础 5-0 第五章教学基本要求 5-1 热力学第一定律及应用 5-2 循环过程 卡诺循环 第五章 热力学基础 5-3 热力学第二定律 教学基本要求 一、理解准静态过程及其图线表示法 . 二、理解热力学中功和热量的概念及功、热量和内能的微观意 义，会计算体积功及图示 . 会计算理想气体的定压和定体摩 尔热容 . 三、掌握热力学第一定律，能分析计算理想气体等体、等压、 等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量 . 四、了解循环过程的特征和热机效率的定义，了解卡诺循环的 组成和特点，会计算以理想气体为工质的卡诺循环的效率，了 解热机效率的限度及提高热机效率的途径 . 五、了解热力学第二定律的两种表述及其等价性，了解自然过 程的方向性及可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律的 实质 . * 六、了解热力学第二定律的统计意义，了解熵的概念及熵的玻 耳兹曼表达式，了解熵增加原理 . 5-1 热力学第一定律及应用 预习要点 1. 注意功、热量、内能的概念以及作功与传热的异同 . 2. 热力学第一定律的内容、物理实质及数学表达式是 什么 ? 3. 什么是准静态过程？写出气体在准静态过程中作功 的一般表达式 . 4. 理想气体等体、等压、等温和绝热过程各有什么特 征 ? 注意用热力学第一定律计算各过程的热量、功 及内能变化的方法 . 一、内能、热量和功 ) ( T E E ? 1. 理想气体内能 系统内能的增量只与系统始末 状态 有关，与系统 所经历的过程无关 . 2. 功 气体分子热运动各种动能与分子间相互作用势能的 总和 . 内能是表征系统状态的 单值函数 , 理想气体的内 能仅是温度的函数 . 由于压力差导致外界物体有规则运动与系统内分 子无规则热运动的能量传递 . 其通过系统与外界物体 之间产生宏观的相对位移来完成 . 功与系统状态变化过程有关， 是一个过程量 . 3. 热量 由于温度差导致系统外分子无规则热运动与系统 内分子无规则热运动的能量传递 . 其通过系统与外部 边界处分子间的碰撞完成 . 热量与系统状态变化过程有关， 是一个过程量 . （ 1 ）过程量：都与过程有关； （ 2 ）等效性：改变系统热运动状态的作用效果相同 . 分子热运动 分子热运动 热量 （ 3 ）功与热量的物理本质不同 . 1cal( 卡 )= 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal 功与热量的异同 分子热运动 功 宏观运动 二、热力学第一定律 W E E Q ? ? ? 1 2 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作功 . W E Q d d d ? ? 3. 热力学第一定律对微小过程的应用 2. 第一定律的符号规定 1. 热力学第一定律 + 1 2 E E ? 系统吸热 系统放热 内能增加 内能减少 系统对外界作功 外界对系统作功 Q W ? 三、准静态过程中气体的功 1. 准静态过程 ) , , ( 1 1 1 T V p ) , , ( 2 2 2 T V p 1 V 2 V 1 p 2 p p V o 1 2 准静态过程中气体的 各状态参量都有确定的值， 可在 p-V 图上作出连续的 过程曲线 . 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 . 2. 气体作功的计算 设想汽缸内的气体进 行无摩擦的准静态膨胀过程 . S l d V d p 由功的定义： l pS l F W d d d ? ? V p W d d ? ? ? 2 1 d V V V p W 功的大小等于 在 p-V 图中曲线下的面积 . 1 V O p V 2 V 1 2 V d p 以 S 表示活塞的面积， p 表示气体的压强， d l 表示 一微小位移 . 3. 准静态微元过程能量关系 V p E Q d d d ? ? 四、准静态过程中热力学第一定律的应用 1. 等体过程 摩尔定容热容 0 d , 0 d ? ? W V 热力学第一定律 T R i M m E Q V d 2 d d ? ? 特性