热力学第一定律1_2.pptVIP

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热力学第一定律1_2

第 三 章 热力学第一定律 主讲:左武魁 ( The First Law of Thermodynamics ) 第三章 热力学第一定律 §3.4 理想气体的绝热过程 §3.1 准静态过程 内能 热量 功 §3.3 热容 §3.2 热力学第一定律 §3.7 热力学第零和第三定律 §3.5 循环过程 致冷循环 §3.6 卡诺循环 1. 特征: Q = 0 (气体与外界无热量交换) 隔热材料 气体 绝热过程中,气体对外界作功(外界对气体作功) , §3.4 理想气体的绝热过程 ( adiabatic process of ideal gas ) 一、准静态绝热过程 ( quasi-static adiabatic process ) 2. 气体对外界作功与内能的关系 物理意义: 证明: = 0 使内能减少(内能增加) ,而热量不发生变化。 实例: 内燃机气缸内气体的压缩和膨胀。 E = E2 – E1 = - A 两边微分得: (2) 3. 气体状态参量间关系 一、准静态绝热过程 ( quasi-static adiabatic process ) (1) 故有 证明: 证明:  而 (2) γ=Cpm /CVm 泊松方程 ( Poisson ) 4. 绝热过程方程 一、准静态绝热过程 ( quasi-static adiabatic process ) 3. 气体状态参量间关系 (1) 由(1) 式和(2) 式消去d T 并整理得 因 Cpm=CVm+R 故有 又因 故 γpdV+Vdp = 0 两边积分得 Lnp + γlnV = C 即 泊松 (Poisson)方程 4. 绝热过程方程 一、准静态绝热过程 ( quasi-static adiabatic process ) 绝热过 程方程 说明: (1)以上三方程称绝热过程方程。 —— 描述绝热过程中气体各参量间关系。 (2)以上三方程中的恒量各不相同。 (3)恒量的大小与气体的质量及初始状态有关。 称比热比。 A 一、准静态绝热过程 ( quasi-static adiabatic process ) 5. 理想气体绝热过程曲线与等温曲线的比较 ——绝热线比等温线更陡。 绝热线比等温线更陡。 证明: 说明: 从分子动理论观点看:气体从状态A出发被压缩时, 若绝热压缩,则体积V n  P 增大 △PT 若等温压缩,则体积Vn  但 不变 P 增大△PT ; ——故绝热线更陡。  PQ 解: 例3.4 (P120) 一定质量的理想气体,从初态(p1 ,V1)开始 ,经过准静态绝热过程,体积膨胀到V2 ,求在这一过程中气体对外作的功。设该气体的比热比为 γ 。 设气体准静态绝热膨胀过程中任一时刻参量为p、V, 绝热自由膨胀不是准静态过程,不满足绝热过程方程。 Q = 0 , A= 0 ,  E= 0 特征: 绝热密闭容器,用绝热隔板分成相等的两部分。左半部充以理想气体,并处以平衡状态;右半部抽成真空。 二、绝热自由膨胀 ( adiabatic free expansion ) 气体 1. 理想气体绝热自由膨胀过程 当抽去隔板后,左半部气体将冲入右半部并达到新的平衡。这种过程称作绝热自由膨胀。 因是绝热过程,故 Q = 0 。 故左侧气体(理想气体)向右侧真空冲入时 A= 0 。 因Q = 0,A= 0,而Q =E2 - E1+A,故 E =E2 - E1 = 0 。 因理想气体内能只含分子平均动能,分子间无作用力, 绝热自由膨胀不是准静态过程,不满足绝 真空 即 p0V0 = pV, 又因 V=2V0 , 故 p = p0 / 2 二、绝热自由膨胀 ( adiabatic free expansion ) 2. 理想气体绝热自由膨胀前后的压力关系 p = p0 / 2 P0 :抽去隔板前气体达到平衡态时的压强。 p:抽去隔板后气体达到新平衡态时的压强。 式中 证明: 热过程方程;但本题中初末两个状态是平衡态,因而满足理想气体状态方程。 空气 真空 二、绝热自由膨胀 ( adiabatic free expansion ) 3. 实际气体的绝热自由膨胀 空气 因理想气体内能只含分子平均动能,分子间无作用力, 故左侧气体(理想气体)向右侧真空冲入时 A= 0 , 但实际气体分子间总存在着相互作用力,内能中还包含分子间的势能。 若在绝热自由膨胀过程中分子间作用力以斥力 (引力)为主。则绝热自由膨胀后,由于斥力(引力)作了正(负)功,分子间势能要减小(增大),而内能不变就意味着动能增大(减小),因而气体温度要升高(降低)。 且E = 0 。即理想气体绝

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