流体力学 教学课件 第一章 导言.ppt

4）统一规定：dV0，膨胀 系统对外作功 dV0，压缩 外界对系统作功 5）适于准静态下的任何工质（一般为流体） 6）外力无限制，功的表达式只是系统内部参数 7）有无f，只影响系统功与外界功的大小差别 三、准静态过程的功 1.体积变化功 2.液体表面膜面积变化功 3.电介质的极化功 4.磁介质的磁化功 5.一般情况下，准静态中，外界对系统做功 §1.5热力学第一定律 一.焦耳实验 绝热过程：系统状态的变化完全是机械作用或电磁作用 的结果而没有受到其他影响。 二.态函数内能 三.热力学第一定律 对于无穷小过程，有： 四.第一类永动机不可能造成。 §1.6热容量与焓 一.热容量定义：系统在热力学过程中，升高1K所吸收的热量 1.定容热容量： 2.定压热容量： 3.焓： 由热力学第一定律定压过程中， §1.7理想气体内能 取T、V为状态参量，由U=U(T,V) 代入得： 对于绝热自由膨胀，U不变，焦耳由实验得： （焦耳定律） 对于理想气体 §1.8理想气体绝热过程 绝热过程 代入前式，得 §1.9理想气体卡诺循环 一.卡诺循环 1.准静态等温过程 由焦耳定律： 2.准静态绝热过程 3.卡诺循环 V p a.等温膨胀 b.绝热膨胀 c.等温压缩 d.绝热压缩 循环效率： 逆卡诺热机效率： §1.10热力学第二定律 一.克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体 而不引起其他变化. 开尔文（汤姆孙）表述：不可能从单一热源吸收热量使 之完全变成有用的功而不引起其他变化. 另一种开氏表述：第二类永动机不可能造成. 二.可逆过程与不可逆过程 无摩擦的准静态过程是可逆过程. 无摩擦准静态过程演示 §1.11卡诺定理 一.所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆热机的效率最高。 二.两个可逆热机，存在着： §1.12热力学温标 一. 二.两种温标的一致性 1.理想气体的卡诺循环效率： 与一式形式相同。 2.固定点相同：水的三相点273.16 三.可逆卡诺热机的效率： §1.13克劳修斯等式与不等式 由卡诺定理 将Q2定义为吸热，则上式为： （克劳修斯等式与不等式） 若有n个热源 ，某系统从中吸收了 的热量。 则有： 对于可连续变化的热源，可以写成积分形式： §1.14熵 一可逆过程中， 从A点到B点任一可逆过程有： 存在着态函数： （对于不可逆过程，态函数熵仍存在，但需用可逆过程来定义。） 对上式微分，得： 若只有体积变化功，由 有： 或 一般的，有 §1.15理想气体的熵 把理想气体物态方程 及 代入热力学 基本微分方程得: 当 为常数时，对上式积分： §1.16热力学第二定律的普遍表述 一.设某一不可逆过程A至B，用某一可逆过程令其返回 有： 对于无穷小过程： 二.熵增加原理 绝热条件下，无Q 绝热过程中，熵永不减少。 §1.17熵增原理应用举例 例一.热量Q从高温热源T1传到T2，求该系统的熵变。 解：设想Q与另一热源进行等温传导，由熵函数定义， 高温热源的熵变为： 低温热源的熵变为： 可逆过程前后，两个热源的总熵变为： 由熵增原理， 而不引起其他变化的情况是不可能发生的。 例二 将质量相同而温度为T1,T2的两杯水在等压下，绝热地混合，求 熵变。 初态： 终态： 对于等压过程： 故： 例三 理想气体初态温度为T,体积为VA，讨论下列两个过程中气体的 熵变。 （1）经准静态等温过程体积膨胀为VB， （2）经绝热自由膨胀过程体积膨胀为VB。 （1）过程初态（T,VA） 终态（T,VB） 熵变： （2）过程初态（T,VA） 终态（T,VB） 熵变： （1）过程与（2）过程的区别在于： （1）过程对外界产生了影响，而且是可逆过程。 （2）过程是不可逆过程。 例二.有两个相同物体，热容量为常数，初始温度为Ti，令一制冷机在 此两物体间工作，使其中一个物体的温度降低到T2,设p恒定且无相变 求该过程所需的最小功。 解