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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Vn 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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