第四热力学.ppt

,第四章 热力学,大学物理多媒体教学课件,Chapter 4 Thermodynamics,一、理论基础,（4） 各等值过程的特性 .,§4-2 热力学第一定律对理想气体的应用,二、 等体过程,定义：系统从初态到末态变化过程中体积始终保持不变的过程称为等体过程(isochoric process).,等体过程中，系统对外不作功，吸收的热量全用于增加内能。（Q为正，E 增；Q 为负，E 减 ）,热一律应用：,特征：dV=0(dA=0)V恒量,PV图：平行于P 轴一条直线，等容线。,过程方程：P/T=恒量。,（有限过程）,1、 等体过程,A=0,等体过程,2、等体摩尔热容,即：理想气体的等体摩尔热容是一个只与分子自由度有关的量。,适应于所有过程,一摩尔气体在体积不变时，温度改变1K 时所吸收或放出的热量称为等体摩尔热容(molar heat capacity at constant volume)。,等体过程,三、 等压过程,1、等压过程,定义： 系统压强在状态变化过程中始终保持不变的过程称为等压过程(isobaric process) 。,热一律应用：,特征： dP=0 ， P =恒量。,PV图：平行于V 轴的直线，等压线。,过程方程：V/T=恒量,（有限过程）,V1,P,A,等压过程,2 、定压摩尔热容,注意：一摩尔气体温度改变1K 时，在等压过程中比在等体过程中多吸收 8.31J 的热量用来对外作功。,一摩尔气体在压强不变时，温度改变1K 时所吸收或放出的热量称为定压摩尔热容(molar heat capacity at constant pressure) 。,在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增加内能，另一部分用于对外作功。,于是,等压过程,叫做比热容比,Cp、CV 的单位是J/mol·K，与R 的单位一致。,说明:,3 、比热容比,等压过程,四、 等温过程,系统温度在状态变化过程中始终保持不变的过程称为等温过程(isothermal process) 。,在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功，或外,特征：dT=0(E =0) T 恒量,PV图：等轴双曲线（P =C/V）。,状态方程：PV=常量。,热一律应用：,（有限过程）,A,等温线,界对气体作功全转换为气体放出的热。,定义：系统在状态变化过程中始 终与外界没有热交换。,绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减少实现的，故温度降低；绝热压缩过程中，外界对气体作功全用于增加气体内能，故温度上升。,特征：,过程方程：,热一律应用：,（有限过程）,绝热套,PV图：,比等温线陡的一条曲线（绝热线）。,五、 绝热过程,1、 绝热过程(adiabatic process),A,系统从 1-2 为绝热过程，据绝热方程，可得过程中的 pV 关系。,系统对外作功为：,绝热膨胀系统对外做功,绝热过程,绝热过程,等温过程,等温线、绝热线的斜率分别为：,绝热线比等温线陡。,AC,AB,2、 绝热线与等温线比较,由P =C/V,绝热过程,3、绝热过程方程的推导,对绝热过程，据热力学第一定律，有,即,对状态方程,（1）/（2）式消去dT 得,(1),(2)*,两边微分得,绝热过程,绝热过程方程,积分得,即,绝热过程,1.列表分类总结各过程的热功转换公式,2.解题步骤：,确定过程找特征; 选用公式作计算,六、小结,例题4-2 一气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气压下 缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的 功A、气体内能的增量E以及气体所吸收的热量Qp。 （活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均可略去）,因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J/(molK)，可得,解： 因过程是等压的，得,例4-3,求全过程中 内能的变化， 系统所作的功，吸收的热量。,解（1）12 等容过程,（2）23 等温过程,（3）34 等压过程,设有氧气8g，体积为0.4110-3m3 ，温度为 300K。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.110-3 m3 。 问（1）气体作功多少？ （2）氧气作等温膨胀，膨胀后的体积也是4.110-3m3，这时气体作功多少？,解:氧气的质量为M=0.008kg，摩尔质量=0.032kg。原来温度T1=300K。另T2为氧气绝热膨胀后的温度，则有：,根据绝热方程中 T 与V 的关系式：,例题4-4,得：,得：,以T1=300K,V10.4110-3 m3, V24.110-3 m3及=1.40 代入上式，得：,如氧气作等温膨胀，气体所作的功为,因i=5,所以C= iR/2=20.8J/(molK)，可得：,