第17章 热力学(基础教育)
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辐射传热定律
基尔霍夫定律、普朗克定律、斯特藩-玻尔兹曼定 律等，描述了辐射传热的基本规律和特性。
辐射传热的应用
在太阳能利用、红外测温、激光技术等领域广泛 应用。
综合传热问题解决方法探讨
综合传热问题
涉及热传导、对流和辐射传热的复杂问题，需要考虑多种 传热机制的相互作用和影响。
03
开放系统
与外界既有能量交换，又有物 质交换的系统。
状态参量与平衡态
01
状态参量
描述系统状态的物理量，如体 积、压强、温度等。
系统在没有外界影响的条件下， 各部分的宏观性质不随时间变化
的状态。
02
平衡态
热力学第零定律与温度概念
热力学第零定律
如果两个系统与第三个系统各自 处于热平衡，则它们之间也必定 处于热平衡。
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目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体性质与应用 • 相变与化学反应热力学 • 热传导、对流和辐射传热机制剖析
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
01
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的 系统。
02
封闭系统
与外界只有能量交换，没有物 质交换的系统。
范德华方程的适用范围
适用于中低压、中低温条件下的真实气体行为描述。在高压或低温条件下，需要考虑更复 杂的分子间相互作用和量子效应。
05
相变与化学反应热力学
相平衡条件及相变潜热计算
相平衡条件
在相变过程中，物质各相之间达到平衡 状态的条件。包括温度、热计算
热力学基础PPT课件
1
2
1
p (pA,VA,TA) 2
2. 准静态过程 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状态都近似 于平衡态。
——平衡过程——理想过程！
准静态过程的过程曲线可以用p-V 图来描述，图上的每一点分别表示系 统的一个平衡态。
dl
dWpS dl pdV
W V2 pdV V1
p-V图 p (pA,VA,TA)
结论：系统所做的功在数热值力上学等基于础p-V 图上过程曲线以下的面积。 热力学系统作功的本质：
无规则的分子热运动与有规则的机 械运动之间的能量转化。
功是过程量 系统对外作功 ：W0
外界对系统作功 ：W0
(pB,VB,TB)
1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
Cp
1
dQ dT
p
c 1 dQ m dT
单位： JK1kg1
（3）Cv,和Cp,的关系
实验证明： Cp CV R
3、摩尔热容(Molar specific heat)：
1摩尔物质的热容量。
C
1
dQ dT
i 表示不同的过程
令 Cp CV
EEk(T)
m M
i 2
RT
T
(3)分子内部、原子内部运动的能量；
——是温度的单值函数
(4)电场能、磁场能等。
T 不太高时，系统状态变化主要由:
热运动的能量
E m i RT
M2
（
分子间势能的变化
内能变化E只与初末状态有关，
工程热力学与传热学第17章
C C0 AC0 为灰体的辐射系数
T 2 C W /m 100
任何物体的辐射力恒小于同温度下黑体的辐射力。
第三节 物体间的辐射换热
一、黑体间的辐射换热
角系数(angle factor) ：表面1发射的辐射能落在表面2上的 百分数，用X1,2表示， X1,2称为表面1对表面2的角系数。 X2,1称为表面2对表面1角系数。 1、2两表面间的辐射换热量Q1,2为
第十七章
辐射换热
本章要点：1。着重掌握热辐射的基本概念 2。着重掌握角系数的基本概念 2。着重掌握热辐射的基本定律 3。着重掌握辐射换热相关分析与基本计算 本章难点：热辐射的基本概念和基本定律的理解和消化
本章主要内容： 第一节 热辐射的基本概念 第二节 热辐射的基本定律 第三节 物体间的辐射换热 第四节 太阳辐射
微波炉是利用远红外线来加热物体的。远红外线可以 穿透塑料、玻璃及陶瓷制品，但却会被像水那样具有极性 分子的物体吸收，在物体内部产生内热源，从而使物体比 较均匀地得到加热。各类食品中的主要成分是水，因而远 红外线加热是一种比较理想的加热手段。
二. 物体的吸收率、反射率和穿透率
当热辐射的能量投射到物体表面上时，和可见光一样， 也发生吸收、反射和穿透现象。如图在外界投射到物体表 Q Q 面上的总能量Q中，一部分 被物体吸收，另一部分 被 Q 物体反射，其余部分 穿透过物体。按照能量守恒定律有 如图7-2所示。
dQ0,dA I 0 dA cosd
0
2
I 0 dA
2
0
d sin cosd
0
2
I 0 dA
E0
dQ0,dA dA
I 0
黑体辐射力等于其定向辐射强度I0的倍。
大学物理热力学基本概念ppt课件
二者均与热力学第二定律密切相关，揭示了热量传递和转换的方向 性和限度。
卡诺循环及其效率计算
卡诺循环定义
由两个等温过程和两个绝热过程组成的可逆循环，是热力学中最理 想的循环过程。
卡诺循环效率计算
卡诺循环的效率仅与高温热源和低温热源的温度有关，计算公式为 η=1-T2/T1，其中T1和T2分别为高温热源和低温热源的温度。
大学物理热力学基本概念ppt 课件
CONTENTS
• 热力学基本概念与定义 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 理想气体状态方程与麦克斯韦
关系式 • 热力学函数与性质 • 非平衡态热力学简介
01
热力学基本概念与定义
热力学系统与环境
热力学系统
所研究的对象，与周围环境有物质、能量 交换的封闭体系。
理想气体等温过程方程
pV=nRT，其中p表示压强， V表示体积，n表示物质的量 ，R表示气体常数，T表示热 力学温度。
理想气体绝热过程分析
绝热过程
系统与外界之间没有热量交换的热力学过程 。
理想气体绝热过程特点
在绝热过程中，理想气体的内能变化完全取决于外 界对系统做的功或系统对外界做的功。
理想气体绝热过程方程
麦克斯韦关系式及其应用
麦克斯韦关系式
描述热力学系统四个状态参量（p、V、T、S）之间 的偏导数关系。
应用领域
用于解决热力学中的复杂问题，如热机效率、制冷系 数等计算。
推导过程
基于热力学基本方程和热力学第二定律，通过数学变 换得到麦克斯韦关系式。
理想气体多方过程分析
多方过程定义
在过程中，气体的压强和体积满 足某种特定关系，如等温过程、 等压过程、等容过程等。
《大学物理》第17章 温度热膨胀和理想气体定律
ΔV βV0ΔT
(17-2)
其中，ΔT 是温度的增量，V0 是原来的体积，ΔV 是体积增量，
β 是体膨胀系数。单位为 (℃)-1。
注意：对于固体，通常体膨胀系数 β 大约是线膨胀系数 α 的
3 倍。这是为什么？考虑一个长度 l0、宽度W0、高度H0 的长 方体固体。当它的温度改变ΔT ，其体积从 V = l0 w0 H0 到
l l0 Δl l0 αl0ΔT
或l l0 (1 αT )
(17-1b)
l0 是温度为 T0 时的长度， l 是温度 T 时的长度，
如果温度增量ΔT = T-T0 为负值，则Δl = l- l0 也为 负值。
例17-3 桥梁伸缩 在20℃时，吊桥的钢床为200 m长，它可能会 暴露在-30℃～40℃极端的温度下，它将怎样收缩和膨胀呢？
例17-10 在STP条件下1mol气体的体积 在标准温度和压强（STP） 下，1 mol任何气体的行为接近理想气体。
解：根据方程17-3，则体积V 的解为
V nRT (1.00mol)(8.314J / mol K)(273K) 22.4 103 m3
P
(1.013105 N / m2 )
V l0 (1 αΔT)W0 (1 αΔT)H0 (1 αΔT ),
假设线膨胀系数 α 沿所有方向都相同，则
ΔV V V0 V0 (1 αΔT )3 V0 V0 (3αΔT 3(αΔT )2 (αΔT )3).
如果膨胀量远小于原来物体的大小，那么αΔT << 1，可将2次方和 3次方项忽略，则有
§17- 7 理想气体定律
玻意耳，查尔斯和盖－吕萨克 的气体定律组合成一个一定量 的气体、绝对压强、体积和绝 对温度之间的单一关系式：
热力学教学课件
04 热力学在能源领域的应用
能源分类及利用现状
能源分类
根据能源的来源和利用方式，可分为化石能源 、核能、可再生能源等。
利用现状
当前全球能源消费仍以化石能源为主，但可再 生能源的比重正在逐年增加。
能源问题
化石能源的过度使用导致环境污染和气候变化等问题日益严重。
热力学在能源转换中的应用
热力循环
01
压力测量实验方法及技巧
液柱式压力计
利用液柱高度变化来测量压力，常见有U形管压力计、单管压力计 等。
弹性式压力计
利用弹性元件受压变形来测量压力，如弹簧管压力计、膜片式压力 计等。
压力测量技巧
选择合适的压力计和测量方法，确保压力计与被测系统连接良好，避 免漏气和堵塞现象。
比热容测量实验方法及技巧
绝热法
热辐射与地球能量平衡
热力学原理揭示地球如何吸收和发射热辐射，以及温室气体如何影 响这一平衡。
减缓温室效应的策略
通过热力学分析，探讨减少温室气体排放、提高能源效率等方法。
大气污染与热力学
01
02
03
大气污染物的扩散
热力学原理有助于理解大 气中污染物的扩散和传输 过程。
化学反应与热力学
大气污染涉及许多化学反 应，热力学可提供反应方 向和限度的理论依据。
封闭系统
与外界仅有能量交换而无 物质交换的系统。
热力学平衡态与过程
01
热力学平衡态
在不受外界影响的条件下，系统各部分的宏观性 质长时间内不发生变化的状态。
02
热力学过程
系统由一个平衡态转变到另一个平衡态的经过。
热力学第一定律
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过 程中，能量的总值保持不变。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
第17章 热力学第一定律
举例2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
从 T1 系统T1 T2 是准静态过程
系统 温度 T1 直接与 热源 T2接触，最终达到热平衡， 不是 准静态过程。
等温过程
P
T1+△T T1+2△T T1+3△T T2
等容过程
等压过程
因为状态图中任何一点都表示
系统的一个平衡态，故准静态 过程可以用系统的状态图，如 P-V图（或P-T图，V-T图）中 一例3 容器内贮有刚性多原子分子理想气体，经准静态绝热 膨胀过程后，压强减小为初压强的一半，求始末状态气体 内能之比E1：E2=？ 解：设初末状态
( P1 , T1 ) ( P2 , T2 ) P1 T1 P2 P 1
1
P2
解：由泊松公式得
pV
pV
1
1
,p
p V /V
1 1
求得功为
V A 2 pdV V1 1 pV 1 1 1
V
V 2 dV p1V 1 V 1 V
1 2
V 1
1
V1 p V 1 1 1 1 V 2
Q
循环效率为
2
CV ,m T 4 T 1
2
Q 1 Q
1
T T 1 T T
4 3
1 2
a b是绝热过程， 1 V 1 T2 T1 V 2
同理
所以
V 1 T T V 2 T T T T T T T T
循环过程
V
§ 17.2 功、热、热力学第一定律
Ch17热力学基础
第十七章 热力学基础17-1 0.02 kg 的氦气(视为理想气体)，温度由17℃升为27℃．若在升温过程中，(1) 体积保持不变；(2) 压强保持不变；(3) 不与外界交换热量；试分别求出气体内能的改变、吸收的热量、外界对气体所作的功．(普适气体常量R =8.31 11K mol J --⋅)（答案： J 623＝E Q ∆=，W =0；J 623＝E ∆，Q=1.04×103 J ，W = 417 J ； Q =0，W = -∆E=-623 J (负号表示外界作功)）17-2 汽缸内有2 mol 氦气，初始温度为27℃，体积为20 L(升)，先将氦气等压膨胀，直至体积加倍，然后绝热膨涨，直至回复初温为止．把氦气视为理想气体．试求： (1) 在p ―V 图上大致画出气体的状态变化过程． (2) 在这过程中氦气吸热多少？ (3) 氦气的内能变化多少？(4) 氦气所作的总功是多少？(普适气体常量R =8.31 11K mol J --⋅⋅)（答案：p ―V 图略；1.25×104 J ；0；1.25×104 J ）17-3 为了使刚性双原子分子理想气体在等压膨胀过程中对外作功2 J ，必须传给气体多少热量？（答案：7J ）17-4 1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p -V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2)，试求：(1) 气体的内能增量． (2) 气体对外界所作的功． (3) 气体吸收的热量．(4) 此过程的摩尔热容．(摩尔热容C =T Q ∆∆/，其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量．)（答案：)(251122V p V p -；))((211221V V p p -+；3( p 2V 2－p 1V 1 )；3R ）p 1p p1217-5 一定量的单原子分子理想气体，从初态A 出发，沿图示直线过程变到另一状态B ，又经过等容、等压两过程回到状态A ．(1) 求A →B ，B →C ，C →A 各过程中系统对外所作的功W ，内能的增量∆E 以及所吸收的热量Q ． (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量(过程吸热的代数和)．（答案：A →B ：J 2001=W ，ΔE 1=750 J ，Q 1＝750 J ；B →C ：W 2 =0，ΔE 2= Q 2 =－600 J ； C →A ：W 3 =－100 J ，ΔE 3=－150 J ，Q 3 =－250 J ； W = W 1 +W 2 +W 3=100 J ，Q = Q 1 +Q 2 +Q 3 =100 J ）17-6 温度为25℃、压强为1 atm 的1 mol 刚性双原子分子理想气体，经等温过程体积膨胀至原来的3倍． (普适气体常量R ＝8.31 1--⋅⋅K mol J 1，ln 3=1.0986)(1) 计算这个过程中气体对外所作的功．(2) 假若气体经绝热过程体积膨胀为原来的3倍，那么气体对外作的功又是多少？（答案：2.72×103 J ；2.20×103 J ）17-7 如图所示，AB 、DC 是绝热过程，CEA 是等温过程，BED 是任意过程，组成一个循环。
《物理课件：热力学基础》
热力学基础PPT大纲： 1. 热力学基本概念介绍 2. 热力学第一定律：能量守恒定律 3. 热力学第二定律：热力学箭头
热力学第三定律：绝对零度
探索绝对零度的奥秘，了解熵在该温度下的行为以及其对热力学的影响。
液氮实验
通过浸入液氮的实验，展示绝对 零度对物态的影响。
冰晶结构
低温室
深入研究绝对零度下的冰晶结构， 揭示其奇特性质。
热泵 转换低温热能为高温热能 工作于低温环境 应用于制冷和空调系统等
蒸汽与燃气轮机原理
探讨蒸汽轮机和燃气轮机的原理，了解它们在能源生产和发电中的关键角色。
蒸汽轮机
详细解释蒸汽轮机的工作原理和 在发电厂中的应用。
燃气轮机
研究燃气轮机和喷气发动机的相 似性，以及它们在空中和陆地上 的应用。
发电厂
深入了解发电厂中蒸汽轮机和燃 气轮机的作用和贡献。
探究低温实验室中的绝对零度研 究设备和技术。
热力学过程：等温、等容、等压、绝热
深入了解不同热力学过程，包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程，以及它们在现实生活中的应用。
等温过程
探索等温过程的特点和热力学运算的方法。
等压过程
研究等压过程中的功和热量变化，以及其在化学 反应中的应Fra bibliotek。等容过程
了解等容过程的条件和在引擎中的应用。
热力学熵与熵变
揭示熵作为热力学量的重要性，了解熵变对系统状态和过程的影响。
1 系统的有序性
探討熵的概念以及高熵和低 熵状态之间的差异。
2 熵的增加
了解为什么自然倾向于增加 熵，并探讨熵的增加与不可 逆性的关系。
3 熵变的计算
深入研究计算熵变的方法，并讨论其在化学反应中的应用。
大学物理《热力学基础》课件
大学物理《热力学基础》课件一、教学内容1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
二、教学目标1. 掌握热力学基本概念，理解温度、热量、内能、熵等物理量的意义；2. 掌握热力学第一定律，了解做功和热传递在能量传递中的作用；3. 理解热力学第二定律，认识熵增原理及其在实际应用中的重要性；4. 掌握热力学第三定律，了解绝对零度的概念及其对热力学的影响；5. 熟练运用热力学基本方程，分析实际热力学问题。
三、教学难点与重点重点：热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学基本方程；难点：熵增原理的理解，热力学过程的可逆性与不可逆性，绝对零度的概念及应用。
四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、多媒体课件；2. 学具：笔记本、笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过讨论日常生活中的热现象，如热水沸腾、冰块融化等，引导学生思考热力学基本问题；2. 讲解热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等，结合实例进行解释；3. 讲解热力学第一定律：能量守恒定律，通过示例分析做功和热传递在能量传递中的作用；4. 讲解热力学第二定律：熵增原理，讨论热力学过程的可逆性与不可逆性，结合实际例子阐述其重要性；5. 讲解热力学第三定律：绝对零度的概念，分析熵与温度的关系；6. 讲解热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律，通过例题展示如何运用热力学基本方程分析实际问题；7. 随堂练习：布置几道有关热力学基本概念、定律和方程的题目，让学生现场解答，教师点评并讲解；8. 课堂小结：回顾本节课的主要内容，强调热力学基本概念、定律和方程的重要性。
六、板书设计1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
热力学定律课件
热力学定律课件热力学是研究能量转化与传递以及与物质性质相关的学科。
它是物理学的一个重要分支，对于我们理解自然界中各种物理现象具有重要的意义。
在热力学中，有几条基本定律被广泛应用于研究和解释能量的转化和传递规律。
本课件将详细介绍热力学定律的概念和应用。
一、热力学第一定律：能量守恒定律热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，表明能量在物理过程中的转化和传递是守恒的。
根据该定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体传递给另一个物体。
热力学第一定律的数学表达式如下：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
二、热力学第二定律：熵增定律热力学第二定律又被称为熵增定律，表明在孤立系统中，熵（一种描述系统无序程度的物理量）总是趋向增加。
简单来说，自然界中的过程总是趋于无序化。
熵增定律可以通过热力学温度和熵的关系来表达，即：dS ≥ dQ/T其中，dS表示系统熵的增加量，dQ表示系统吸收的热量，T 表示系统的温度。
三、热力学第三定律：绝对零度不可达定律热力学第三定律表明，当温度趋近于绝对零度时，熵的值趋近于一个常数，即系统的熵接近于零。
换句话说，绝对零度是无法达到的。
根据热力学第三定律，绝对零度时熵的值为零，即：S(T=0) = 0这个定律为我们研究低温物理学和物质性质提供了基础。
四、热力学第零定律：温度的传递现象热力学第零定律表明，如果两个系统和第三个系统分别达到热平衡，那么这两个系统之间也处于热平衡状态。
换句话说，在热平衡状态下，物体间不存在温度差异。
这个定律为我们测量温度提供了基础，也为温度的传递现象提供了解释。
五、热力学第四定律：能量转化效率的上限热力学第四定律，也被称为卡诺定律，明确了能量转化效率的上限。
根据热力学第四定律，理想卡诺循环的效率是温度差的函数，对于给定的热源和冷源温度，卡诺循环的效率是所有可能工作循环中最高的。
热力学基础 PPT
摄尔修斯(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家), 用水银作为测温物质,以水的沸点为00C冰的熔点为100C,中间 100个等分。8年后接受了同事施特默尔(M、Stromer)的建议, 把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世界共有 温标19种。
热力学基础
萨维里的蒸汽机
托马斯•纽可门的蒸汽机
§1、热学现象的初期研究
1769年,詹姆斯•瓦特(James Watt,1736-1819,法国,格 拉斯哥大学仪器维修工)改进了纽可门机,把冷凝过程从汽缸 内分离出来,即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保 持在高温状态。
1782年,又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸, 推动活塞往返运动的蒸汽机,使机器运作由断续变连续,从而 蒸汽机的使用价值大大提高,导致了欧洲的第一次工业革命。
热力学第一定律的 建立
电和磁:1820年奥斯特关于电流的磁效应的发现和1831年 法拉第关于电磁感应现象的发现完成了电和磁间的相互转化
电和化学:1800年伏打制成“伏打电堆”以及利用伏打 电流进行电解,从而完成了化学运动和电运动的相互转化运 动。
化学反应和热:1840年彼得堡科学院的黑斯(G、H、Hess) 提出关于化学反应中释放热量的重要定律:在一组物质转变为 另一组物质的过程中,不管反应是通过那些步骤完成的,释放的 总热量是恒定的。
1785年,热机被应用于纺织; 1807年,热机被美国人富尔顿应用于轮船; 1825年被用于火车和铁路。
15.热力学(17)
01
3 V(m3)
CA: W3=0
(3) Q吸 200J
例3、理想气体,循环过程如图.bc,da是绝热过
程，已知Tc=300K,Tb=400K,求循环效率
解：Q1吸 CP (Tb Ta ),
P a Q1 b
Q2放 CP (Tc Td )
绝热 绝热
1 Q2 1 Tc Td
Q1
Tb Ta
Q1 T1
Q2
T2
卡诺热机效率
c
1
Q2 Q1
1 T2 T1
卡诺制冷系数
ec
Q2吸 W外对系
Q2 T2 Q1 Q2 T1 T2
注意：
(1) 仅由高低热源的温度决定 (2) 只适用于卡诺循环效率的计算
例 1 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其
中 p2 2 p1 , V4 2V1 求1—2、2—3、3—4、4—1
W外对系 Q1 Q2
1.W,Q1,Q2均取正值
2. Q1 : 吸热的代数和 Q2 : 放热………….
4、卡诺循环(Carnot cycle) 由两条等温线和两条绝热构成.
12:等温膨胀 Q1吸 RT1
23:绝热膨胀
ln
V2 V1
P
Q=0,W对外>0
34:等温压缩
41:Q绝2放热压|RR缩T22
P p2
2 Q23 3
Q12
Q34
p1
1
4
Q41
o
V1
V4 V
Q12 CV ,mT1 Q23 2Cp,mT1
Q34 2CV ,mT1
Q41 Cp,m (T1 T4 ) Cp,mT1
Q1 Q12 Q23 CV ,mT1 2C p,mT1
热力学R-17
(6/5-5)
ln γ 1 = 0
ln γ 2 = 0
γ1 = γ 2 = 0
液态多组分体系为理想混合物。
若B＝C＝···＝0时，则
GE =A x1 x 2 RT
其中，A在一定温度时为一常数。
(6/5-6)
ln γ 1 = Ax
2 2
(6/5-7a) (6/5-7b)
∞ ln γ 1∞ = ln γ 2 = A
1/ 2
(6/5-4b)
附录B10中第35页
6．5．2．Redlish-Kister经验式
Redlish-Kister经验式有GE与组成的幂级数表达式
GE 2 = A + B( x1 − x 2 ) + C ( x1 − x 2 ) + K x1 x 2 RT
式中A、B、C为经验常数 当A＝B＝C＝···＝0时，GE/RT＝0，
⎞ nV E Gi E nH E ⎟= ⎟ RT dP − RT 2 dT + ∑ RT dni i ⎠
(6/4-5)
与前面的混合性质比较
Δ mix V
id
=0
Δ mix H = 0
id
Δ mixC id = 0 p
M E = ΔM E = ΔmixM − ΔmixM id
故这类函数的超额性质与相应的混合性质的相同
[
]
ln γ 2 = x12 A21 + 2( A12 − A21 ) x2
∞ 1
[
]
当 x1 → 0 时 当 x2 → 0 时
A 1 2 = ln γ
(6/5-14c) (6/5-14d)
A21 = ln γ
∞ 2
6．5．3． van Laar方程 将x1x2RT/GE 表为 x1的线性函数：
热力学基本概念
热力学基本概念热力学是一门研究能量转化和传递规律的物理学科，它涉及到热、能量和它们的传递过程。
在热力学中，有一些基本概念是我们理解和应用此学科的基础。
本文将介绍热力学的几个基本概念，包括热力学系统、状态量、过程和平衡等。
一、热力学系统热力学系统是研究对象，可以是任何一个系统，从小到微观的分子系统，到大到宏观的天体系统。
系统可以与外界进行热、功和物质的交换。
根据系统与外界之间的交换情况，热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统。
封闭系统是与外界不进行物质交换，但可以进行热和功交换的系统。
开放系统允许物质的进出，与外界进行热、功和物质的交换。
孤立系统既不进行物质交换，也不进行热和功交换。
二、状态量状态量是描述热力学系统特征的物理量，它们的值只与系统所处的状态有关。
例如，温度、压力、体积、内能和熵等都属于状态量。
温度是一个描述系统热平衡状态的物理量，它与热量的传递方向有关。
压力是描述系统内部分子碰撞对容器壁施加的压力力度。
体积是描述系统占据的空间大小。
内能是系统的总能量，包括宏观和微观的能量。
熵是描述系统的无序程度。
三、过程过程是系统由一个状态转变为另一个状态的变化过程。
根据系统是否与外界有物质和能量的交换，过程可以分为无穷小过程和有限过程。
在无穷小过程中，系统与外界之间的交换量可以忽略不计。
有限过程是指系统与外界之间的交换量无法忽略。
在热力学中，最常见的过程有等温过程、绝热过程和等熵过程等。
等温过程是指系统与外界保持温度不变，在此过程中系统与外界发生热交换。
绝热过程是指系统与外界没有热交换，在此过程中只有功交换。
等熵过程是指系统的熵保持不变，即系统从一个状态转变为另一个状态，且熵不发生改变。
四、平衡平衡是热力学中的一个重要概念，它分为热平衡和力学平衡。
在热平衡状态下，系统内部各部分之间没有温度差异；力学平衡状态下，系统内各部分之间没有压力差异。
热力学平衡是指热平衡和力学平衡同时成立的状态。
在热力学平衡状态下，系统处于最稳定的状态，不发生自发变化。
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第十七章 热力学第一定律一、选择题17.1 设某单原子理想气体由平衡态A ，经一平衡过程变化到状态B ，如果变化过程不知道，但是A 、B 两状态的压强、体积和温度都已知，那么就可以求出[ ] (A) 气体膨胀所做的功 (B) 气体内能的变化 (C) 气体传递的热量 (D) 气体的总质量17.2 在P-V 图中，1mol 理想气体从状态A 沿直线到达状态B ，则此过程系统的功和内能的变化是[ ](A) 0,0>∆>E A (B) 0,0<∆<E A (C) 0,0=∆>E A (D)0,0>∆<E A17.3 S 双原子理想气体作等压膨胀，若气体膨胀过程从热源吸收热量200 J ，则该气体对外做的功为[ ](A) 350 J (B) 300 J (C) 250 J (D) 200 J17.4 对于室温下的双原子分子理想气体在等压膨胀的情况下，系统对外所做的功与从外界吸收的热量之比QA等于[ ] (A) 31 (B) 41 (C) 52 (D) 7217.5 如图的卡诺循环中，两条绝热线下面所包围的面积S Ⅰ和S Ⅱ是[ ] (A) S 1﹥S 2 (B) S 1﹤S 2 (C) S 1 = S 2 (D) 不能确定17.6 甲说：由热力学第一定律可证明，任何热机的效率不能等于1。
乙说：热力学第二定律可表述为效率等于100%的热机不可能制成。
丙说：由热力学第一定律可证明任何可逆热机的效率都等于121T T -。
丁说：由热力学第一定律可以证明理想气体可逆卡诺热机的效率都等于121T T -。
对以上说法有以下几种评论，哪种评论是正确的？[ ] (A) 甲、乙、丙、丁全对 (B) 甲、乙、丙、丁全错 (C) 甲、乙、丁对，丙错 (D) 乙、丁对，甲、丙错17.7 有人设计一台卡诺热机（可逆的），每循环一次可以从400K 的高温热源吸热1800J,向300K 的低温热源放热800J ，同时对外做功1000J ，这样的设计是[ ] (A) 可以的，符合热力学第一定律 (B) 可以的，符合热力学第二定律(C) 不行，卡诺循环所做的功不能大于向低温热源放出的热量 (D) 不行，这个热机的效率超过了理论值二、填空题17.8 在某一过程中，对系统所加的热量是2090 J ,同时对它所做的功是100 J ,则该系统内能的增量是 。
17.9 2mol 的二氧化碳，在常压下加热，使温度从30℃升高到80℃。
则 （1）气体内能的增量 E ∆= ； （2）气体膨胀时所做的功A= ； （3）气体吸收的热量 Q= 。
17.10 工作物质只与 恒温热源交换能量的热机称为卡诺热机，其循环过程称为 。
它是由两个 和两个 组成的。
17.11 卡诺制冷机，其低温热源温度为T2=300K，高温热源温度为T1=450K，每一循环从低温热源吸热Q2=400J,则每一循环中外界必须做的功为。
17.12 一卡诺热机低温热源的温度为27℃，效率为40%，高温热源的温度为 K。
17.13 一卡诺热机低温热源的温度为7℃，效率为40%，高温热源的温度 K,若保持高温热源的温度不变，将热机效率提高到50%，则低温热源的温度要降低到 K.17.14 一卡诺机从373K的高温热源吸热，想273K的低温热源放热。
若该机从高温热源吸热1000 J热量，则该机所做的功A= ，放出的热量2Q。
17.15 一定量的理想气体，从状态A出发，分别经历等温、等压、绝热三种过程有体积V1膨胀到体积V2，试示意地画出这三种过程的P-V图曲线，在上述三种过程中:（1）气体的内能增加的是过程；（2）气体的内能减少的是过程。
17.16 如图，一定量的空气，开始时在状态A，压强为2atm,体积为2L，沿直线AB变化到状态B后，压强变为1atm，体积为3L，则在此过程中气体所做的功为。
17.17 气缸内贮有2.0mol 的空气，温度为27℃，若维持压强不变，而是空气的体积膨胀到原体积的3倍，则在此过程中空气膨胀时所做的功为 。
17.18 10g 氦气吸收103J 的热量时压强为发生变化，它原来的温度是300K ，那么它最后的温度是 。
二、计算题17.19 理气做绝热膨胀，由初态（P 0,V O ）至（P,V ），试证明此过程中气体做作的功为：001p v pvA γ-=-17.20 一热力学系统由图所示的状态a 沿acb 过程到达状态b 时，吸收了560J 的热量，对外做了356J 的功。
(1) 如果沿adb 过程到达状态b 时，对外做了220J 的功，它吸收了多少热量？ (2) 当它由状态b 沿曲线ba 返回状态a 时，外界对它做了282J 的功，它将吸收多少热量？是真吸了热，还是放了热？17.21 64g 氧气的温度由0℃升至50℃，（1）保持体积不变；（2）保持压强不变。
在这两个过程中氧气各吸收了多少热量？各增加了多少内能？对外各做了多少功？17.22 如图为一循环过程的T-V 图线，该循环的工质为νmol 的理想气体，其γ和v C 均已知且为常量，已知a 点的温度为1T ,体积为，点的体积为21,V b V ca 为绝热过程。
求：(1)c 点的温度；（2）循环的效率。
17.23 有可能利用表层海水和深层海水的温差来制成热机。
已知热带水域表层海水水温约为25℃，300米深处水温为5℃.（1）在这两个温度之间工作的卡诺热机的效率多大？（2）如果一电站在此最大理论效率下工作时获得的机械功率是1MW ，它将以何速率排除废热？17.24 一台冰箱工作时，其冷冻室中的温度为-10℃，室温为15℃，若按理想卡诺致冷循环计算，则此制冷机消耗103J 的功，可以从冷冻室中吸出多少热量？ 17.250.32kg的氧气作图中所示的循环ABCDA，设,200,300,22112K T CD K T AB V V ===为等温过程为等温过程求循环效率。
（已知氧气的定体摩尔热容的实验值111.21--••=K mol J C V ）.17-26 如图所示为某双原子分子理想气体循环过程的P-V 图,已知A C V V 2=.试问：（1）图中所示循环是代表致冷机还是热机？ （2）如是正循环（热机循环），求出循环效率。
17.27 有一以理想气体为工作物质的热机，其循环如图所示，试求其热机效率。
※17.28 如图所示1mol 的理想气体经历两个过程1→4→2，和1→3→2，有状态1变为状态2，已知该气体初温为T 1,P 2=2P 1,V 2=2V 1,定体摩尔热容23RC V =，试求两个过程中气体从外界的吸热量。
17.29 一个以氧气为工质的循环有等温、等压及等体三个过程组成，如图所示，已知，atm P a 4=，atm P b 1=331000.1m V c -⨯=。
求其效率。
17.30 广东大亚湾核电站总装机容量为1.80GW ，效率为30%。
当发电机组全部投入运行时，（1）求每秒钟热机从核锅炉中吸收的热量；（2）若用10℃的海水冷却冷凝器，而排水温度为20℃，则每秒钟需要多少吨海水？（海水的比热1118.4--••=K Kg KJ C ）。
17.31 一热机用kg 3108.5-⨯的空气作为工质，从初状态1（)30010013.1151K T P =⨯=帕，等体加热到状态2（)9002K T =,再经绝热膨胀达到状态3（13P P =），最后经等压过程又回到状态1，完成一个循环。
试在P-V 图上做出循环曲线；假定空气可视为理想气体，且其,8.20,4.111--••==K mol J C V γ摩尔质量为131029--•⨯=mol kg M ，求该热机效率。
17.32 一压强为1.0335100.1,10m p a -⨯⨯体积为的氧气自0℃加热到100℃，问(1)当压强不变时，需要多少热量？当体积不变时，需要多少热量？ (2）在等压和等体过程中各做了多少功？17.33 空气由压强为1.52a p 510⨯，体积为5.03310m -⨯等温膨胀到压强为1.01a p 510⨯，然后再经等压压缩到原来的体积，试画出此变化过程的P-V 曲线，计算此变化过程中空气所做的功。
17.34 在夏季，假定室外温度恒定为37.0℃，启动空调使室外温度始终保持在17.0℃，如果每天有J 81051.2⨯的热量通过热传导方式自室外流入室内，则空调一天耗电多少？（设该空调致冷机的致冷系数为同条件下的卡诺致冷机致冷系数的60%。
）17-35 试求在图示氮气的循环过程中，求（1）完成一次循环对外所做的功； （2）此循环的效率。
17.36 一定量的某种理想气体进行如图所示的循环过程。
已知气体在状态A 的温度为K T A 300=,求：（1）气体在状态B 、C 的温度； （2）各过程中气体对外所做的功；（3）经过整个循环过程，气体从外界吸收的总热量（各过程吸热的代数和）。
第十七章 热力学第一定律习题答案一、选择题17.1 B 17.2 C 17.3 D 17.4 D 17.5 C 17.6 D 17.7 D 二、填题空17.8 2190 J17.9 2493J ；831J ；3324J17.10 两个；卡诺循环；等温过程；绝热过程 17.11 200J 17.12 50017.13 31400；370017.14 268 J ；732 J 17.15 等压；绝热 17.16 152J 17.17 9972 J 17.18 349K 三、计算题17.19 证明:由题意知Q=0，E A ∆-=,所以)(2200v p pv iT R M i A --=∆-=μ 又因为==VPC C γii i 212+=+ 所以12-=γi 带入A 中，即为100--=γPVV P A17.20 解：（1）在两个过程中，a 、b 处的温度分别对应相同，则内能相等，由热力学第一定律可得:Q acb - W acb = Q adb - W adb即：560-356= Q adb -220 ∴Q adb =424 J（2）同（1）所述原理相同，Q ba =-(560-356)+(-282)=-486 J17.21 解：（1）保持体积不变，则系统对外做功为0，故系统吸收的热量将全部用于增加内能，有：T C E Q v ∆=∆=γ=J 31008.2)050(31.8253264⨯=-⨯⨯⨯W =0（2）有定容热容公式得此时吸收的热量为J T C E Q p 31008.2)050(31.82253264⨯=-⨯⨯+⨯=∆=∆=γJ E Q W 31083.0⨯=∆-=17.22 解：（1）由ca 为绝热过程可得c 点的温度12111)()(--==γγV VT V V T T c a a c （2）ab 放热，且为等温过程，工质吸热为12111lnV V T R Q ν= bc 放热，且为等容过程，工质放热为：])(1[)1()(1211112--=-=-=γνννV VT C T T T C T T C Q v c v c b V 由循环效率公式得：)ln()(1111212112V V V V RC Q Q v ---=-=γη17.23 解：(1)由卡诺效率%7.62527352731112=++==-=T T η (2)此时工作的电站吸热为：ηWQ =吸放热为=放Q J W W Q 76104.1)1067.01(10)11(⨯=-⨯=-=-η吸即该电站将以每秒放出J 7104.1⨯的热量的速率排除废热。