第一章 热力学基本定律_课件.pdf
《第一章 热力学基本定律_课件.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第一章 热力学基本定律_课件.pdf(80页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第一章热力学的基本规律1.18自由能和吉布斯函数 21.1 平衡态及其描述 一、热力学研究对象由大量微观粒子组成的宏观物质系统。二、系统的分类(孤立系、闭系、开系)系统与外界:热力学的研究对象称为热力学系统,简称系统。与系统有关的其它物质或空间称为外界。1.系统是指其时空广延范围均为正常量度过程可及的宏观实体。2.外界通常可概括为加在所研究系统上的一定的外界条件。3.根据系统与外界的关系系统可分为:孤立系,封闭系,开放系。4.据系统物理性质和化学性质还可分为:单元系,多元系,单相系,复相系。有无能量交换有无物质交换系统种类无无孤立系有无.闭系有有开系三.热力学平衡态热力学平衡态:一个孤立系统经
2、过足够长的时间,将会达到这样一种状态,系统的各种宏观性在长时间内不再发生变化,这种状态称 为;非平衡态:不符合以上条件的状态称为.说明:热力学平衡态是一种动态平衡,常称为热动平衡.在平衡态下,系统宏观量的数值仍会发生涨落,但对于宏观物质系 统,一般情况下,涨落是极其微小而可以忽略的.对于封闭系和开放系,在不变的外界条件下,经过一定的时间后,系统也必将达到一个宏观上不随时间变化的状态,这样的状态称 为稳定态.系统处于平衡态时,其各种宏观性质不再随时间改变,所以可用 一组具有确定值的宏观物理量来表征系统平衡态的特征.相关概念1 谕嬴过程与驰豫时间;2.不受外界影响条件;3.热动平衡 4.非孤立系的
3、平衡态。,,状态函数1 状态参量赢箱能够确定系统平衡态的独立宏观物理量,称为状态参量。通常可测量的物理量都可选作状态参量,如压强体积温度、磁场强度.磁化强度等。2.非热学特有参量(四类基本参量)几何.力学.化学.电磁参量可以用来描写热力学系统的平衡 状态。3.热学特有参量一T4.状态函数5.简单系统说明,:系输要的独立状态参量个数是由系统的性质和外界条件 决定。内参量.外参量:状态参量可分为内参量和外参量两种。内参量表示系统内部的状态,外参量表示系统周围环境的状况。强度量和广延量:热力学量可分为强度量和广延量。强度量与系统的质量无关,广延量则与系统的质量成正比。五、相一个物理性质均匀的系统称为
4、一个相。量,可以分为单相系和复相系。六、非平衡态的描述根据相的数61.2热平衡定律及温度-态函数温度1)有关概念:绝热.热平衡;2)实验图例二.热平衡定律(热力学第零定律)1.【定律内容】:如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡,它们彼此也处在热平衡.、c C.示意图例|彳 7a b a bL 72、【推导过程】:若A与B平衡,则有:B与C平衡,有:.R=”右 鬼&PbgH-/Z X/力匕乃忆)由若平衡定律,A与B平衡,_ K存在着态函数g(P,V)用来表征系统热平衡状态下的 特征,经验表明,这就是系统的温度。8三.温度计与温标1、经验温标:凡是以某物质的某一属性随冷热程度的变 化为依据而确定
5、的温标称为经验温标。2、3、4、5、理想气体温标:热力学温标:(绝对温标)K 摄氏温标:单位-摄氏度-C 华氏温标注:热力学温标:不依赖任何具体物质特性的温标。在理想气体可以使用的范围内,理想气体温标与热 力学温标是一致的。91.3物态方程一.【物态方程】是温度与状态参量之间的函数关系。对于简单系统:有f(P,V,T)=0二.【常用物理量】1.体积膨胀系数:戊=工(二)V dT p2.压强系数:P=(c)v 4.三者之间存在关系:p O1K,=a3.等温压缩系数:9=一竺),VdT-10三,物态方程的具体形式:1.气体的物态方程.a.坡马定律与阿氏定律 b.理想气体状态方程:C.实际气体的状态
6、方程:P 4V范德华尔斯方程:昂尼斯方程:位力系数112.简单的固体和液体(已知:a.kt)V=V01+a(T-T0)-KT(p-p0)3.顺磁介质:M=CH/T(实验公式)4.5.液体表面薄膜a=co(1-0/0B)12广延量和强度量【广延量】:与系统的质量或摩尔数成正比的量。如体积,总磁矩等。【强度量】:与系统的质量或摩尔数无关的量。如摩尔体积,密度等。131.4准静态过程与功作功是系统和外界交换能量的一种方式;一、准静态过程1.系统从一个状态(平衡态或非平衡态)变化到另一个状态 的过程叫热力学过程,2.准静态过程:过程由无限靠近的平衡态组成,过程进行的 每一步,系统都处于平衡态。3.近似
7、的准静态过程4.准静态过程的判据和重要性质a驰豫时间判据b对于庄摩擦阻力系统,外界作用力可用平衡态状态参量 来表示 V0P4二,准静态过程的功1.体积变化功 活塞向右移动,活塞向左移动,有限过程,库三4aW-pdV外界在准静态过程中对系统所作的功就等于曲线下方面积 的值。作功与过程有关。.P图1.411.5152.液体表面膜面积变化功(。单位长度的表面张力)边框向右移动,边框向左移动,外界克服表面张力所做的功:不匕必八图1.63,电介质的极化功当将电容器的电荷量增加时外界所作的功为=Vi+EVa外界所作的功可以分成两部分,第一部分是激发电场作的功,第二部分是使介质极化所作的功。当热力学系统不包
8、括电场时,只须考虑使介质极化作的功。174.磁介质的磁化功外界电源为克服反向电动势,在dt时间内外界作的功为/=(N4.X H)dt dt N外界所作的功可以分成两部分,第一部分是激发磁场作的功,第二部分是使介质磁化所作的功。当热力学系统不包括磁场时,只须考虑使介质磁化作的功。S 1.85 广义功一般情况下,准静态中,外界对系统做功:i其中X-外参量(广义位移)-广义力196.几种常用的广义功和与之对应的广义力.外参量广义功(dW)广义力(丫)体积功d相J-d面积功极化功磁化功dVjLHdl-P oVE%而外参量(V)VAPM201.5热力学第一定律 1、热传递做功:系统与外界传递能量的一种方
9、式,外参量改变dx。热传递:温度不相同的两个物体之间相互接触,它们之 间将有热量交换,叫做热传递,(外参量不变)能量是通过接触面上的分子碰撞和热辐射而传递的。2、绝热过程中能量的传递与转化1)绝热过程藁二天程中,系统的状态变化完全是由机械作用或电磁作用 的结果,而没有受到其他影响,这样的过程称为绝热过程。212)实例(焦耳实验)焦耳发现:用各种不同的绝热过程使物体升高一定的温度,所需 的各种功在实验误差范围内是相等的。这就是说,系统经绝热过 程从初态变到终态,在过程中外界对系统所作的功仅取决于系统 的初态和终态而与过程无关。由此可引入态函数内能U。a)机械做功;b)电源作功。注:在绝热过程中,
10、外界对系统所作的功仅取决于系统的 初、末状态,而与过程无关。3)态函数内能绝热过程中外界对系统所做的功Ws定义一个态函数U 在终态和初态之差。乙g_(J jpg上式意义:外界在过程中对系统所做的功可能化为系统的内 能。内能是一种能量形式,单位一焦耳-J4)热量定义Q=Ub-Ua-W当系统经历一个非绝热过程时,外界对系统所做之功自然不等于 过程前后其内能的变化U=Ub-Ua,两者之差即为系统在过程中以热量的形式从外界 吸收的热量。热量单位:焦耳-J3.热力学第一定律(能量转化与守恒定律)1)数学表达式:Ub-Ua=W+Q2)意义:系疏在层态和初态的内能之差,等于在过程中外界对系统所做 的功与系统
11、从外界吸收的热量之和。或:通过做功和热传递两种方式所传递的热量都转化为系统的 内能。注:内能是状态函数 与过程无关。功和热量均为过程量,与过程有关。3)微观解释内能:是系统内分子无规则运动的能量总和的统计平均值。内能是广延量,4)能量转化与守恒定律【内容表述】:自然界一切物质都是具有能量,能量有各种不同 的形式,可以从一种形式转化为另一种形式,从 一个物体传递到另一个物体,在传递和转化过程 中,能量的数量保持不变。【另一表述】:第一类永动机是不能制成的。【证明】:_ _系统经历一个有限过程有:&L乏当系统经历一个循环过程而回到初始状态时,对循环过程积分,由上公式得到:即:Q=-w上式表明,系统
12、经循环过程后,系统对外界做的功(-W),等于从外界吸收的热量Q,若外界不供给热量,则系统不能 对外界做功。因此,第一类永动机是不可能造成的。作业布置:P64:1.1 f 1.2,1.3261.6热容量与烙一.热容量定义:一个系统在某一过程中温度升高1K所吸收的热量,称 为系统在该过程的热容量。定义式:仁山4=冬一皿*单位:焦耳/开K/J1.定容热容量:2,定压热容量:3.摩尔热容量C1摩尔物质的热容量C,系统的热容量与摩尔热容量的关系为=nc 4.比热土位质量的物质在某一过程中的热容量称为物质在该过程的比热。即:C715、推导 等容热容量、等压热容量Cv、Cp Cv:(等容过程)dV=O,W=
13、0,.Q=AU则:物理含义:表示体积不变的条件下,内能随温度的变化率。($)注::U是T,V的函数,所以Cv也是T,V的函数。Cp:(等压过程);外界对系统所做的功为:左气壮 则有:加=算N%cTJ 3厂二.靖:1引入:H=U+pV2.等压过程烙的变化:AH=AU+pAV3.焙的重要特征是:在等压过程中系统从外界吸收的热量等于态函数烙的增加值。由热力学第一定律定压过程中:则:Q=NJ+W=NJP V)令 H=U+PVQ=AH=At 7+A(V)有:注:是T,p的函数。hlM为止;已经引入鬲个状态函数:内能U、焙H。1.7理想气体内能2、焦耳定律1”内容:气体的内能只是温度的函数,与体积无关,这
14、介结 果称为焦耳定律。3、推导过程选T,V为状态参量,内能函数为U=U(Tf V)这三个变量之间存在这一函数关系,则有:,(U,T,V)=0利用规律:国所以:d T其中(犷)。为焦耳系数,它描述在内能不变的过程中,温度随 体积的变化率。、qu已知焦耳实验得出 曾=0则得到:(获L 0表明:气体的内能只是温度的函数,与体积无关,这个结果称为 焦耳定律。4、理想气体内能代入得:对于绝热自由膨胀,U不变,焦耳由实验得:第=。CV因而,止U(T)dU=CvT+)为常数325.理想气体的相关物理量1)内能积分表达式2)烙:理想的烙只是温度的函数故偏导数也可写成导数:”号 又得到雄:令见刊3)热容量之间的
15、关系 由上推得:注意:理想气体定压热容量和定容热容量为T的函数,故,也是温 度的函数。当温度变花范围不大,可以把理想气体的热容量、和 视为常数,故得到上述结果。1.8 理想气体绝热过程1、准静态绝热过程热I定律表达式:4因为:绝热过程:o=o准静态过程,外界对气体做功,dfV=pd由焦耳定律得到内能全微分可表述为:任G八一 c dU(P31 173公式:C”7FLf JL得到:34又,理想气体物态方程全微分,由公式p二nRT推导出:pvr=c竹二c;(7VK=c;/=c)意义:理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态,其压强与体积的I 次方的乘积是恒定不变的。35二.绝热线,故与等温线相比,
16、绝热线的斜率更陡些。线图如下:二.TV线,PV线W pVY=C 与 p=nRT联立分别消去P,V可得到下列两种关系式:7-1P二恒量37,实例分析某一气体的,值可渡过测量在该气体中声速来确定。声速公式是:二 其中?压强dp p介质的密度其中 二 是介质的比体积(单位质量的体积)V由得到:2 P所以 a=ypv=-y-例:在He下空气的声速为331 m/s,空气摩尔质量所以wyf作业布置:第二次:P66 1.6,1.7 f 1.11,1.12,1.13第三次:P66391.9理想气体卡诺循环-卡诺循环1.准静态等温过程由焦耳定律:2.准静态绝热过程 e分刃3,卡诺循环 Pa.等温膨胀 b.绝热膨
17、胀 c等温压缩&绝热压缩循环效率:,*孑=吁逆卡诺热机效率:力号=4印K匚40一本节内容1.热机效率1)热力学知识的一个重要应用是,利用热机将Q-9W 驱动机械得以对外做功,提供动力。2)本节讨论热机的效率问题;介绍热力学第一定律;理想气体的性质。工作物质-理想气体热机作用-:Q-9W2、能量转化讨论理想气体准静态等温、绝热过程中的能量的转化。1)等温过程411 mol理想气体、等温变化,则有:pV=RT又外界做功:*又根据焦耳定律:则根据第一定律有:气体在过程中从热源吸收的热量QQ=-=Rnn-(2)上两式表明:在等温膨胀过程中,理想气体从热源吸收的热量,并且全 部转化为对外做的功。在等温压
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第一章 热力学基本定律_课件 热力学 基本 定律 课件
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【曲****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【曲****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。