大学热学期末总复习资料.pptx
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1、热学内容图析热学内容图析总论总论量热与量温量热与量温热传递的一般规律热传递的一般规律热力学平衡态的特征及充要条件热力学平衡态的特征及充要条件热力学第零定律、温度和温标热力学第零定律、温度和温标理想气体定律和状态方程理想气体定律和状态方程热学发展规律简史热学发展规律简史研究对象及方法研究对象及方法热力学基础(宏热力学基础(宏观理论)观理论)分子运动论(微分子运动论(微观理论)观理论)热学理论的应用热学理论的应用(物性学)(物性学)1、热力学第一、热力学第一定律;定律;2、热力学第二、热力学第二定律;定律;3、热机。、热机。1、分子运动论的实验基、分子运动论的实验基础及基本论点;础及基本论点;2、
2、理想气体分子运动的、理想气体分子运动的规律(平衡态);规律(平衡态);3、理想气体内迁移规律、理想气体内迁移规律(非平衡态)(非平衡态)。1、实际气体、液、实际气体、液体、固体的基本性体、固体的基本性质;质;2、一级相变特征、一级相变特征及基本规律。及基本规律。第一章第一章 温度温度平衡态:平衡态:在不受外界影响的条件下,也即与外界无任何形式在不受外界影响的条件下,也即与外界无任何形式的物质与能量交换的条件下,系统的宏观性质不随时间变化的物质与能量交换的条件下,系统的宏观性质不随时间变化的状态称的状态称平衡态平衡态。热平衡:热平衡:假设有两个热力学系统各自处在平衡态,当它们热假设有两个热力学系
3、统各自处在平衡态,当它们热接触后,两个系统间要发生热交换接触后,两个系统间要发生热交换(传热传热),它们原来的平衡,它们原来的平衡态都被破坏,状态要发生变化。但经过一定时间后,它们都态都被破坏,状态要发生变化。但经过一定时间后,它们都将达到一个新的平衡态。这种平衡是两个系统在热接触时通将达到一个新的平衡态。这种平衡是两个系统在热接触时通过热交换实现的,所以称为过热交换实现的,所以称为热平衡。热平衡。然后,再将它们分开,它们仍各自保持此平衡状态不变。然后,再将它们分开,它们仍各自保持此平衡状态不变。热力学第零定律:热力学第零定律:在不受外界影响的情况下,两个物体同时在不受外界影响的情况下,两个物
4、体同时和第三个物体热平衡时,这两个物体彼此之间也处于热平衡和第三个物体热平衡时,这两个物体彼此之间也处于热平衡状态。状态。温标三要素:温标三要素:测温属性测温属性选择一种测温物质的随温度选择一种测温物质的随温度 变化的变化的某种属性某种属性(可测量可测量)规定规定固定点固定点规定测温属性随温度变化的规定测温属性随温度变化的函数关系函数关系温标:温标:温度的数值标度。温度的数值标度。理想气体温标:理想气体温标:或:注注:在:在1000 T 1K的范围适用。的范围适用。摄氏温标摄氏温标 t:t0=0.01t =(T-273.15)测温属性测温属性液体液体(水银或酒精水银或酒精)体积随温度体积随温度
5、 变化;变化;固定点固定点冰点为零度,汽点为冰点为零度,汽点为100度;度;函数关系函数关系液体体积随温度作线性变化。液体体积随温度作线性变化。热力学温标热力学温标T:不依赖测温物质及其测温属性。不依赖测温物质及其测温属性。单位:单位:K(Kelvin),规定:规定:T0=273.16K在理想气体温标有效范围内二者一致。在理想气体温标有效范围内二者一致。华氏温标华氏温标 tF:理想气体状态方程理想气体状态方程非理想气体状态方程(范德瓦耳斯方程)非理想气体状态方程(范德瓦耳斯方程)任意质量气体:任意质量气体:一、物质是由大量的原子或分子组成一、物质是由大量的原子或分子组成二、分子热运动二、分子热
6、运动1 1、分子或原子不停的运动、分子或原子不停的运动2、分子或原子的运动是无规则的、分子或原子的运动是无规则的3、分子或原子的运动剧烈程度与温度有关、分子或原子的运动剧烈程度与温度有关三、分子间的吸引力与排斥力三、分子间的吸引力与排斥力rfo力力分分子子斥斥力力引引力力第二章第二章 气体分子动理论的基本概念气体分子动理论的基本概念物质的微观模型物质的微观模型理想气体的微观模型理想气体的微观模型1.分子个体的运动模型分子个体的运动模型 (1)大小大小 分子线度分子线度 0 0 系统吸热系统吸热 U 0 0 系统内能增加系统内能增加 A 0 0 系统对外界作正功系统对外界作正功数学表达式:数学表
7、达式:理想气体的热力学过程理想气体的热力学过程改变系统热力学状态的方法:改变系统热力学状态的方法:1.1.作功作功 2.2.传热传热第五章第五章 热力学第一定律热力学第一定律焦耳定律焦耳定律:理想气体内能仅是温度的函数,与体积无关。:理想气体内能仅是温度的函数,与体积无关。1、理想气体宏观性质:、理想气体宏观性质:满足满足pV=RT关系;关系;满足道尔顿分压定律;满足道尔顿分压定律;满足阿伏加德罗定律;满足阿伏加德罗定律;满足焦耳定律满足焦耳定律U=U(T)。2、理想气体定体热容及内能、理想气体定体热容及内能3、理想气体定压热容及焓、理想气体定压热容及焓4、迈雅(、迈雅(Mayer)公式)公式
8、1、等体过程、等体过程2、等压过程、等压过程绝热指数3、等温过程、等温过程4、绝热过程、绝热过程方程:方程:5、多方过程、多方过程n=0,n=1,n=,n=,方程:方程:n=n=n=1n=0等温等温绝热绝热等等体体等压等压pV0等压过程等压过程等温过程等温过程绝热过程绝热过程等体过程等体过程循环过程及其特点循环过程及其特点:循环过程:循环过程:系统由某一状态出发,系统由某一状态出发,经过一系列过程又回到初始状态。经过一系列过程又回到初始状态。循环过程在循环过程在P-V 图上呈闭合曲线。图上呈闭合曲线。做功的多少等于曲线所包围的面积。做功的多少等于曲线所包围的面积。正循环吸热,对外作功正循环吸热
9、,对外作功 (热机循环热机循环)逆逆循环放热,对系统作功循环放热,对系统作功(致冷循环)(致冷循环)A顺时针变化为正循环。顺时针变化为正循环。逆时针变化为逆循环逆时针变化为逆循环。在一正循环中在一正循环中,系统从高温热源吸热系统从高温热源吸热 定义:热机的效率定义:热机的效率对外作的净功为对外作的净功为 系统内能增量系统内能增量 热机的效率热机的效率向低温热源放热向低温热源放热循环图:循环图:012341001234101 1.吸气吸气0 10 1等压等压2 22 2.压缩压缩1 1绝热绝热3 3.爆炸爆炸等容等容3 32 25 5.放热放热1 14 4 等容等容绝热绝热4 43 34 4.作
10、功作功1 10 0 等压等压6 6.排气排气简化后:四冲程简化后:四冲程12341奥托循环效率:奥托循环效率:一、四冲程汽油机奥托循环(定容加热循环)一、四冲程汽油机奥托循环(定容加热循环)仅由r决定。绝热压缩比绝热压缩比二、狄塞尔循环(定压加热循环,四冲程柴油机工作循环)二、狄塞尔循环(定压加热循环,四冲程柴油机工作循环)狄塞尔循环效率:狄塞尔循环效率:定压膨胀比定压膨胀比绝热膨胀比绝热膨胀比绝热压缩比绝热压缩比卡诺循环的效率:卡诺循环的效率:34 34 等温压缩过程,放热等温压缩过程,放热 Q2=A3=RT2 ln(V3/V4)12 12 等温膨胀过程,吸热等温膨胀过程,吸热 Q1=A1=
11、RT1 ln(V2/V1)三三.卡诺循环的效率卡诺循环的效率得得1 1、4 4两点在同一绝热线上两点在同一绝热线上,2 2、3 3两点在同一绝热线上两点在同一绝热线上,V2 /V1=V3 /V4两个等温过程两个等温过程两个绝热过程两个绝热过程1.1.c c 与理想气体的种类无关。与理想气体的种类无关。2.2.c c 是工作在是工作在T T1 1,T T2 2之间的任意循环中的最高效率。之间的任意循环中的最高效率。3.3.卡诺循环的效率小于卡诺循环的效率小于1;1;4.4.提高卡诺循环效率的方法提高卡诺循环效率的方法:增大增大 T T1 1 与与 T T2 2 间的温差。间的温差。有效途径是提高
12、有效途径是提高T T1 1。说明说明:卡诺定理卡诺定理(1)在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机,其效率都相等,与工作物质无关。热机,其效率都相等,与工作物质无关。(2)在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机,其效率都不可能大于可逆热机的效率。逆热机,其效率都不可能大于可逆热机的效率。致冷机效能致冷机效能(致冷系数)(致冷系数):A:一个循环中外界对工作物质做功,一个循环中外界对工作物质做功,Q2:工作物质由低温热源吸收热量工作物质由低温热源吸收热量.四四.卡
13、诺逆循环(致冷机)卡诺逆循环(致冷机)理想气体逆向卡诺理想气体逆向卡诺循环的制冷系数循环的制冷系数:五:逆向斯特林循环(回热式制冷机中的工作循环)五:逆向斯特林循环(回热式制冷机中的工作循环)一个循环中外界对系统做功:一个循环中外界对系统做功:逆向斯特林循环制冷系数:逆向斯特林循环制冷系数:开尔文:开尔文:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用的功而不产生其他影响。有用的功而不产生其他影响。或:第二类永动机是不可能造成的。或:第二类永动机是不可能造成的。一、热力学第二定律的二种表述一、热力学第二定律的二种表述第六章第六章 热力学第二定律热力学第二定律克
14、劳修斯克劳修斯:不可能把热量从低温热源传到高温热源不可能把热量从低温热源传到高温热源而不引起其他变化。而不引起其他变化。宏观:宏观:一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的。一切与热现象有关的自然过程都是不可逆的。微观:微观:大量分子的运动总是沿着无序程度增加的方大量分子的运动总是沿着无序程度增加的方向发展。向发展。二、热力学第二定律本质二、热力学第二定律本质热力学概率热力学概率:某一宏观状态对应的微观状态数叫该某一宏观状态对应的微观状态数叫该宏观状态的热力学概率宏观状态的热力学概率.自然过程的方向性的定量描述自然过程的方向性的定量描述:“热力学过程总是沿概率增大的方向发展热力学过程总是沿概率增
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