第14章-热力学基础.pptx
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1、1平衡态平衡态:在不受外界影响的条件下,一个系统的宏观性质在不受外界影响的条件下,一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。不随时间改变的状态。*平衡态平衡态二、系统的平衡状态二、系统的平衡状态 物态参量物态参量 热力学第零定律热力学第零定律平衡态的特点平衡态的特点1)单一性单一性2)稳定性稳定性3)自发过程的终点自发过程的终点4)热动平衡热动平衡物态参量:物态参量:能够表述热力学系统整体特征的物理量。能够表述热力学系统整体特征的物理量。一定质量的同种气体处于平衡态时,可用一定质量的同种气体处于平衡态时,可用体积体积 V、压强压强 p、温度温度T 三个宏观物理量来描述。三个宏观物理量来描述。一组物
2、态参量一组物态参量一个平衡态一个平衡态描述描述对应对应如:如:p,V,T(热平衡)(热平衡)2(热平衡定律热平衡定律)如果两个热力学系统都如果两个热力学系统都与第三个热力学系统处与第三个热力学系统处于热平衡,则它们彼此于热平衡,则它们彼此处于热平衡。处于热平衡。温度温度A AB BC CA AB B C C处于同一平衡态的所有热力学系统都具有一个共同处于同一平衡态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观性质的宏观性质热力学第零定律热力学第零定律温标温标温度的数值表示法温度的数值表示法热力学温标(绝对温标)热力学温标(绝对温标)用用T 表示表示不依赖于任何物质特性的温标不依赖于任何物质特性的温标实际
3、用实际用摄氏温标摄氏温标 用用t 表示表示二者的关系:二者的关系:理想气体温标理想气体温标 基点(水的三相点)温度基点(水的三相点)温度例:定体气体温度计例:定体气体温度计3四、准静态过程四、准静态过程1、热力学过程:、热力学过程:2、准静态过程、准静态过程 可以用可以用 p-V 图中图中曲线曲线表示表示(平衡过程)(平衡过程)*F FF F 状态变化过程进行得非常缓状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。状态都近似于平衡态。等压过程等压过程等体过程等体过程 热力学系统从热力学系统从一个状态一个状态变化变化 到到另一个状态另一个状态,
4、称为热力学过程。称为热力学过程。过程进行的任一时刻,系统的过程进行的任一时刻,系统的状态并非平衡态。状态并非平衡态。气体气体活塞活塞砂子砂子改变系统热力学状态的方法改变系统热力学状态的方法 传热传热作功作功 准静态过程的实现准静态过程的实现414.2 气体的物态方程气体的物态方程玻意耳定律:玻意耳定律:盖盖-吕萨克定律:吕萨克定律:一、理想一、理想气体的物态方程气体的物态方程查理定律:查理定律:状态参量之间的函数关系状态参量之间的函数关系一定质量的理想气体、温度改变时:一定质量的理想气体、温度改变时:从状态从状态I(p1、V1、T1)过渡到状态)过渡到状态II(p2、V2、T2)有有1mol理
5、理想气体想气体标准状态:标准状态:1摩尔摩尔理想气体物态方程理想气体物态方程5理想气体状态方程另一种表达式:理想气体状态方程另一种表达式:玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量推导:推导:质量为质量为m,摩尔质量为,摩尔质量为M的的理想气体物态方程理想气体物态方程1摩尔摩尔理想气体物态方程理想气体物态方程 对同种理想气体,若质量为对同种理想气体,若质量为m,摩尔质量为,摩尔质量为M,在相,在相同的同的p、T下,其体积为下,其体积为614.3 热力学第一定律热力学第一定律一、系统的内能一、系统的内能 功与热的等效性功与热的等效性传递传递热量热量Q:也可使热力学系统的温度从:也可使热力学系统的温度从T1增加到增
6、加到T2作功作功A:可使热力学系统的温度从:可使热力学系统的温度从T1增加到增加到T2功与热的等效性功与热的等效性说明:说明:存在一个可以被热、存在一个可以被热、功度量的状态量。功度量的状态量。定义:定义:内能内能 E系统的内能:系统的内能:理想气体的内能:理想气体的内能:状态量状态量它们之间有什么关系?它们之间有什么关系?E1 E2作功作功A若有传热若有传热Q外对系外对系二、热力学第一定律二、热力学第一定律包括热现象在内包括热现象在内的能量守恒定律的能量守恒定律对一无穷小过程:对一无穷小过程:第一类永动机是不可能实现的。第一类永动机是不可能实现的。第一定律的另一表述:第一定律的另一表述:系统
7、从外界吸收的热量一部分用于增加系统的内系统从外界吸收的热量一部分用于增加系统的内能,其余部分对外做功能,其余部分对外做功功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准静态过程功的计算A 0 系统对外做功系统对外做功A 0 Q 0Q放放逆循环逆循环A0Q放放逆循环逆循环A0制冷机制冷机高温热源高温热源低温热源低温热源功功 热转换装置热转换装置制冷系数制冷系数一台可逆机,一台可逆机,正循环为热机,正循环为热机,逆循环为制冷逆循环为制冷机。机。p0VV1V2p1p2例:例:已知:已知:常温理想气体常温理想气体 1 mol
8、 H2求:求:解:解:采用那种方法好?采用那种方法好?分析哪段吸热分析哪段吸热只有只有吸热吸热28三、三、卡诺循环卡诺循环卡诺卡诺循环:两个准静态循环:两个准静态等温等温过程过程+两个准静态两个准静态绝热绝热过程过程高温热源高温热源卡诺热机卡诺热机低温热源低温热源AABCD 1824 年年,卡卡诺诺提提出出一一个个工工作作在在两两恒恒温温热热源源之之间间的的理理想想循循环环,即即在在一一循循环环中中,系系统统只只和和高高温温热热源源(温温度度T1)与与低低温温热热源源(温温度度T2)两两个个热源交换热量热源交换热量卡诺循环卡诺循环 两个等温过程两个等温过程两个绝热过程两个绝热过程吸热吸热放热放
9、热把吸收的热量全用把吸收的热量全用来作功来作功不违反热力不违反热力学第一定律,学第一定律,但为但为什么实际做不到?什么实际做不到?1)1)温差越大,效率越高温差越大,效率越高2)2)提高提高h h 提高提高T1 1 或或(和和)降低降低T2 23)3)h h与理想气体的体积、压强等的变化无关与理想气体的体积、压强等的变化无关卡诺制冷循环卡诺制冷循环外界对系统做功外界对系统做功制冷系数制冷系数卡诺制冷机卡诺制冷机卡诺正循卡诺正循环效率环效率卡诺逆循卡诺逆循环效率环效率 图中两卡诺循环图中两卡诺循环 吗吗?3214.6 14.6 热力学第二定律热力学第二定律 卡诺定理卡诺定理一、热力学过程的方向性
10、一、热力学过程的方向性自然界中发生的一切过程必须遵守热力学第一定律自然界中发生的一切过程必须遵守热力学第一定律满足热力学第一定律的过程是否都能实现满足热力学第一定律的过程是否都能实现不一定不一定1.功热转换:功热转换:热热自动的全部自动的全部转换为功转换为功不可能不可能2.热传导:热传导:热量热量自动自动从低温物体传到高温物体从低温物体传到高温物体不可能不可能3.气体的绝热自由膨胀:气体的绝热自由膨胀:气体气体绝热自由绝热自由收缩收缩不可能不可能一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的热转化为功是有限度的、有条件的;热转化为功是有限度的、有条件的;功
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- 14 热力学 基础
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