热力学基础考试复习课件
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热力学基础学习课件PPT电子教案
V1 V2
Sp S l
功 A V2 pdV V2RT dV
V1
V1 V
RT ln V2
V1
RT ln p1
p2
吸收的热量
p
p1
T•1Ⅰ
p2
O V1
T2
•Ⅱ
V2 V
Q A RT ln V2 RT ln p1
V1
p2
在等温膨胀过程中,理想气体吸收的热量全部用来
对外作功,在等温压缩中,外界对气体所的功,都转
Xi’an Jaotong University
CV
lim ( QV T 0 T
) lim ( E V T 0 T
)
(
d d
E T
)
V
定压摩尔热容 Cp
Cp
lim
T 0
E
pV T
(dE ) dT
p
p(dV dT
)p
3. 热量计算 dQ C xdT
Q
T2 T1
Cx
dT
（一般情况下 C x 是温度的函数）
温线陡一些。
O
Xi’an Jaotong University
泊松方程
绝热线
A• 等温线
V
3. 绝热过程中功的计算
A (E2 E1) CV (T2 T1)
A
V2 pdV
V1
V2 V1
p1V1
dV V
1
1
(
p1V1
p2V2 )
A
R 1
(T2
T1
)
Q0
E A
绝热过程中,理想气体不吸收热量,系统减少的内能,等 于其对外作功。
是一种稳定态,而不是平衡态； 高温T1
热力学基础超经典ppt课件
M Qp MmoC l p(T2.T1)
三、热力学第一定律对等体、等压和等温过程
的应用
V2
依据：Q＝E＋ PdV
V1
1、 等体过程：
以及
PV M RT Mm o l
（1）特征： （2）计算：
dV=0 ∴ dA=0
QVEM M mol2i RT
系统从外界吸收的热量全部用来增加气体内能。
.
M QV MmoC l V(T2T1)
.
dQ pdE PdV
C Pd dP Q T d E dPTdC V VR
CPCVR
迈耶公式
说明：
在等压过程中，1mol理想气体，温度升
高1K时，要比其在等体过程中多吸收8.31
Ｊ的热量，用于对外作功。
.
CP(2i 1)Ri22R
1.33 多原子
摩尔热容比：
CP CV
i 2 i
1.40 1.67
开尔文
卡诺 .
克劳修斯
R 电源
本章对热力学系统，从能量观点出发， 分析、说明热力学系统热、功转换的关 系和条件。
.
内容
一、热力学第一定律
二、气体摩尔热容
三、绝热过程
四、循环过程 卡诺循环
五、热力学第二定律
六、热力学第二定律统计意义
七、卡诺定理 克劳修斯熵
八、小结
.
一、热力学第一定律
安徽工业大学应用物理系 .
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功； dV0, 系统不作功。
.
A V2 PdV V1
P A
功的大小等于
P～V 图上过程曲
PdV
线P=P(V)下的面 积。
大学物理热力学基础课件PPT资料59页
等温过程中的功
元功：
dA PdVM mRTdVV
总功：A V2 mRTdV
M V1 V
mRlTn V2mRlTnP1 M V1 M P2
12.05.2020
大学物理 I 曹颖
14
内能 dE M mCVd T0(d T0)
Δ E E 2 E 1 0(T 2 T 1 )
热量 dT Q dAPdM V mRd T VV
6
15.2 热力学第一定律
Q
E1
E2
QEA
A
说明 1) 适用范围
热力学系统。 初、末态为平衡态的
过程。
2) 对微小过程：
dQdEdA
3) 热功的转换是靠系统实现的。
12.05.2020
大学物理 I 曹颖
7
4）应用：单位均用焦耳（J ）表示。
符号 Q
A
E
＋ 系统吸热 系统做正功 增加 － 系统放热 系统做负功 减少
用CV 除上式得：
PV 衡量
dP dV 0
PV
V1T 衡量
P 1T 衡 量
12.05.2020
大学物理 I 曹颖
18
三、绝热线 P与V的关系曲线 在A点斜率
(
dP dV
)T
PA VA
(ddVP)S
PA VA
dP (dV)S
dP (dV)T
说明自A 膨胀相同体 积dV 时，dPSdPT
P
dPS
5）热力学一定律的又一种表述： 第一类永动机不可能制造成功。
12.05.2020
大学物理 I 曹颖
8
15. 3 热力学第一定律、等值过程的应用
一、等容过程 气体容积保持不变
元功：
dA PdVM mRTdVV
总功：A V2 mRTdV
M V1 V
mRlTn V2mRlTnP1 M V1 M P2
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大学物理 I 曹颖
14
内能 dE M mCVd T0(d T0)
Δ E E 2 E 1 0(T 2 T 1 )
热量 dT Q dAPdM V mRd T VV
6
15.2 热力学第一定律
Q
E1
E2
QEA
A
说明 1) 适用范围
热力学系统。 初、末态为平衡态的
过程。
2) 对微小过程：
dQdEdA
3) 热功的转换是靠系统实现的。
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7
4）应用：单位均用焦耳（J ）表示。
符号 Q
A
E
＋ 系统吸热 系统做正功 增加 － 系统放热 系统做负功 减少
用CV 除上式得：
PV 衡量
dP dV 0
PV
V1T 衡量
P 1T 衡 量
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18
三、绝热线 P与V的关系曲线 在A点斜率
(
dP dV
)T
PA VA
(ddVP)S
PA VA
dP (dV)S
dP (dV)T
说明自A 膨胀相同体 积dV 时，dPSdPT
P
dPS
5）热力学一定律的又一种表述： 第一类永动机不可能制造成功。
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8
15. 3 热力学第一定律、等值过程的应用
一、等容过程 气体容积保持不变
高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)
dT=0；PV=C dQ=0；PVr=C ΔE=0； Q1-Q2=A净
PVn=C；n=0，1，，
第二定律开氏表述
m Q C T M
第二定律克氏表述
5
等体过程
热 力 学 第 一 定 律 的 应 用 等压过程 摩尔热容 多方过程
等温过程
绝热过程
热 力 学
热力学 第一定律
热机效率
循环过程 致冷系数
m Q C T M
卡诺 热力学第二定律 循环 卡诺热机效率 卡诺致冷系数
6
§7. 1 热力学第一定律
一、关于热力学的一些基本概念 1. 热力学系统（热力学研究对象，简称系统）
1。开放系统：系统与外界既有能量传递，又有质量传递的系统。 2。孤立系统：系统与外界既没能量传递，又没质量传递的系统。 3。封闭系统：系统与外界只有能量传递，没有质量传递的系统。 （a）一般系统：与外界既有功又有热量的传递 （b）透热系统：与外界没有功的交换但有热量的传递 （c）绝热系统：与外界没有热量的传递但有功的交换
11
注意： 1.Q是一个过程量 2.正负号的规定:
Q = E2 E1+ A
Q 0 (系统吸热); Q 0 (系统放热) A 0 (系统对外作功 ); A 0 (外界对系统作功 ) E 0 (系统内能增加 ); E 0 (系统内能减少 )
3.热力学第一定律适用于任何系统的任何过程 （包括非静态过程） 4.对于准静态过程热力学第一定律可表达为：
等体过程
等压过程 摩尔热容 多方过程
等温过程
绝热过程
热机效率
循环过程 致冷系数
卡诺 热力学第二定律 循环 卡诺热机效率 卡诺致冷系数
4
热 力 学 第 热 一 Q= Δ E + A 力 定 学 律 的 应 V A PdV 用 V
《物理_热力学基础》PPT课件
理想气体卡诺循环热机效率的计算
卡诺循环
p p1
p2 p4
A
T1 T2
Qab T1
D
A — B 等温膨胀
B — C 绝热膨胀
B
W
Qcd
C — D 等温压缩
C V
p3
o V1 V4
T2
V2
D — A 绝热压缩
V3
14
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
p p1
p2 p4
A
T1 T2
Qab T1
3
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
1.特征E 0 2.准静态的循环过程为闭合曲线 3.净功和净热量： Q A 封闭曲线包围的面积 正循环
A0 A0
4
逆循环
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
二 热机和致冷机
循环用到工程技术中去，制成热机、致冷机。 热机：持续不断把热能转变成机械能的装置。 什么过程能将热能变成功？
d
高温热源 Q1
B
VB V
致冷机
A
o
VA
Q2
低温热源
Q2—追求的效果
A—付出的“成本” Q2 Q2 致冷机致冷系数 w A Q1 Q2
8
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
例 1 1mol单原子气体氖经历图示循环，求 此循环效率. P105 Pa 解 TA 273K , TB 546K
10-3 循环过程 卡诺循环
B C
QBC C p ,m TC TB
吸热
5 1 8.31 (819 546) 5.67 10 3 J 2
1热力学基础-课件PPT
14
➢ 常考知识点精讲
( 5 ) 热力学平衡态 系统在一定环境条件下 , 经过足够长的时间 , 其各部分可观测到的宏观性 质都不随时间而变 ; 此后将系统隔离 , 系统的宏观性质仍不改变 , 此时系 统所处的状态叫热力学平衡态。
15
➢ 常考知识点精讲
热力学系统 , 必须同时实现以下几个方面的平衡 , 才能建立热力学平衡态 : ( i ) 热平衡— — —。 ( i i ) 力平衡— — —系统各部分的压力 p相等 ; 系统与环境的边界不发生相对位移。 ( i i i ) 相平衡— — —系统中的各个相可以长时间共存 , 即各相 的组成和数量不随时间而 变。 ( i v ) 化学平衡— — —若系统各物质间可以发生化学反应 , 则达到平衡后 , 系统的组成 不随时间改变。
11
➢ 常考知识点精讲
( 3 ) 相的定义★ 相的定义 : 系统中物理性质及化学性质均匀的部分。 系统中根据其中所含相的数目 , 可分为 均相系统 ( 或叫单相系统 ) — — —系统中只含一个相 ; 非均相系统 ( 或叫多相系统 ) — — —系统中含有一个以上的相。
12
➢ 常考知识点精讲
( 4 ) 系统的状态和状态函数 系统的状态是指系统所处的样子。热力学中采用系统的宏观性质来描述系 统的状态 , 所以系统的宏观性质也称为系统的状态函数。
6
➢ 常考知识点精讲
Ⅲ 、复习思路及目的 ( 1 ) 掌握单纯 p、V、 T 变化过程、相变化过程 ( 或两种变化过程的综合 ) 的状态函数的 改变量 ΔU、 ΔH、 ΔS、 ΔA、 ΔG 的计算及过程量 Q、W 的计算。 ( 2 )掌握化学变化过程中反应的标准摩尔焓 [ 变 ] 、反应的标准摩尔。热力学能 [ 变 ] 以 及反应的标准摩尔熵变的计算。 ( 3 ) 掌握利用热力学函数的基本关系式即热力学基本方程、 麦克斯韦关系式, 焓、熵、亥 姆霍兹函数、吉布斯函数的定义式 ; 热力学函数 Z ( = V、 U、 H、S、 A、 G) = f ( x , y ) 的全微分式 , 以及热容、焦 - 汤系数等的定义式推导或证明热力学公式或热力学结论。
➢ 常考知识点精讲
( 5 ) 热力学平衡态 系统在一定环境条件下 , 经过足够长的时间 , 其各部分可观测到的宏观性 质都不随时间而变 ; 此后将系统隔离 , 系统的宏观性质仍不改变 , 此时系 统所处的状态叫热力学平衡态。
15
➢ 常考知识点精讲
热力学系统 , 必须同时实现以下几个方面的平衡 , 才能建立热力学平衡态 : ( i ) 热平衡— — —。 ( i i ) 力平衡— — —系统各部分的压力 p相等 ; 系统与环境的边界不发生相对位移。 ( i i i ) 相平衡— — —系统中的各个相可以长时间共存 , 即各相 的组成和数量不随时间而 变。 ( i v ) 化学平衡— — —若系统各物质间可以发生化学反应 , 则达到平衡后 , 系统的组成 不随时间改变。
11
➢ 常考知识点精讲
( 3 ) 相的定义★ 相的定义 : 系统中物理性质及化学性质均匀的部分。 系统中根据其中所含相的数目 , 可分为 均相系统 ( 或叫单相系统 ) — — —系统中只含一个相 ; 非均相系统 ( 或叫多相系统 ) — — —系统中含有一个以上的相。
12
➢ 常考知识点精讲
( 4 ) 系统的状态和状态函数 系统的状态是指系统所处的样子。热力学中采用系统的宏观性质来描述系 统的状态 , 所以系统的宏观性质也称为系统的状态函数。
6
➢ 常考知识点精讲
Ⅲ 、复习思路及目的 ( 1 ) 掌握单纯 p、V、 T 变化过程、相变化过程 ( 或两种变化过程的综合 ) 的状态函数的 改变量 ΔU、 ΔH、 ΔS、 ΔA、 ΔG 的计算及过程量 Q、W 的计算。 ( 2 )掌握化学变化过程中反应的标准摩尔焓 [ 变 ] 、反应的标准摩尔。热力学能 [ 变 ] 以 及反应的标准摩尔熵变的计算。 ( 3 ) 掌握利用热力学函数的基本关系式即热力学基本方程、 麦克斯韦关系式, 焓、熵、亥 姆霍兹函数、吉布斯函数的定义式 ; 热力学函数 Z ( = V、 U、 H、S、 A、 G) = f ( x , y ) 的全微分式 , 以及热容、焦 - 汤系数等的定义式推导或证明热力学公式或热力学结论。
第4章热力学基础.ppt
第四章 气体动理论
一、基本概念
热学
气体
动
理论(微观)
:
微观量
统计 力学
宏
观
量
热力学(宏观) : 宏观量实验宏观量
宏观量：表征大量分子集体特征的量、系统温度、压强、热容可测量出。
微观量：表征个别分子的物理量分子质量、速度、大小、能量.在现代实
验条件下是不能直接测得的量。
二、统计规律
统计规律：大量偶然事件整体遵从的规律。投掷骰子例子中，总次数N无 限增加时，任一面出现的概率均为1/6
Cv Cp 比热容比
35
1.67
57
1.4
68
1.3
（三）等温过程
1、特征： 系统的温度在状态变化过程 中始终保持不变。
T = 衡量 dT = 0 → d E = 0
P
P1 1
2、等温线：由
PV m RT 得 PV 恒量 M
3、做功： 由 PV m RT 得 P m R T
M
MV
气可看作理想气体。）
解: 本题只需考虑空气的初状态和末状态，并且把空气作为理想气 体。我们有
p1V1 p2V2
T1
T2
已知 p1=8.5104Pa , p2=4.2106Pa，T1=273K+47K=320K
V2 1 ,所以 V1` 17
T2
p2V2 p1V1
T1
930K
这一温度已超过柴油的燃点，所以柴油喷入气缸时就会立即 燃烧，发生爆炸推动活塞作功。
微观 : 分子大小忽略不计(质点) 除碰撞外, 分子间无作用力
分子与器壁, 分子间为完全弹性碰
2.理想气体状态方程
2019年第一章热力学基础.ppt
1)在总压为P的CO与CO2混合气中存在着
金属Nis , CO2占95％, 若要使Ni不氧化为
NiO，求反应能允许的最高温度。
2)若在1500K总压P，使Ni不氧化，能允 许的CO2最高压力是多少？
19
解: 1)对于Ni的氧化反应
Nis＋CO2g NiOs＋COg
rGm 40590 0.4T / K J
Cp=a+bT+ cT2+ c’T-2
25
1.2 冶金热力学计算中标准自由能的获得
1.2.1 定积分法 由吉尔霍夫(Kirchhoff)定律
HT T
CP P
在等压P的情况下，有： d HT CpdT
(2-8)
d HT Cp dT
G
G
RT
ln
a2 MnO(%)
aSi
aSiO2 aM2 n
54.3kJ mol1 0
其它: 耐火材料。
16
例3：讨论炼铁过程间接还原反应
FeOs＋COg Fes＋CO2 g
rGm (19490 21.35T / K ) J mol-1
Q
aMnO
aSiO2
造酸性渣
14
2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)
Q
a2 MnO
aSi
aSiO2 aM2 n
酸性渣: aSiO2 1
aMnO 0.1
aSi [wSi / w ] aMn [wMn / w ]
G
G
RT
ln
金属Nis , CO2占95％, 若要使Ni不氧化为
NiO，求反应能允许的最高温度。
2)若在1500K总压P，使Ni不氧化，能允 许的CO2最高压力是多少？
19
解: 1)对于Ni的氧化反应
Nis＋CO2g NiOs＋COg
rGm 40590 0.4T / K J
Cp=a+bT+ cT2+ c’T-2
25
1.2 冶金热力学计算中标准自由能的获得
1.2.1 定积分法 由吉尔霍夫(Kirchhoff)定律
HT T
CP P
在等压P的情况下，有： d HT CpdT
(2-8)
d HT Cp dT
G
G
RT
ln
a2 MnO(%)
aSi
aSiO2 aM2 n
54.3kJ mol1 0
其它: 耐火材料。
16
例3：讨论炼铁过程间接还原反应
FeOs＋COg Fes＋CO2 g
rGm (19490 21.35T / K ) J mol-1
Q
aMnO
aSiO2
造酸性渣
14
2[Mn]%+(SiO2)=[Si]%+2(MnO)
Q
a2 MnO
aSi
aSiO2 aM2 n
酸性渣: aSiO2 1
aMnO 0.1
aSi [wSi / w ] aMn [wMn / w ]
G
G
RT
ln
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净效应：对内作功，放热 制热循环：制热系数
T1 Q1
W
Q2 T0
36
第二节 气体的性质
理想气体状态方程 理想气体比热 理想气体混合气性质 理想气体热力过程
37
一、理想气体状态方程
理想气体：忽略气体分子间相互 作用力和分子本身体积影响,仅具 有弹性质点的气体
注意！当实际气体p→0、v→0的 极限状态时，气体为理想气体。
n 是常量， 每一过程有一个 n 值
43
四、理想气体热力过程
n=0 n=1 n=k n=
定压过程 定温过程 定熵过程 定容过程
44
理想气体热力过程的p-v、T-s图
pT s v
p
T
sv p
T
v
s
45
第三节 热力学第一定律
热力学第一定律实质 焓及其物理意义
46
一、热力学第一定律实质
能量既不能被创造，也不能被消 灭，它只能从一种形式转换成另一 种形式，或从一个系统转移到另一 个系统，而其总量保持恒定，这一 自然界普遍规律称为能量守恒与转 换定律。
质传递 热传递 功传递
闭口系 统
无
开口系 统
有
绝统热注系意：绝对的闭口系无统、绝热系统、
孤统孤立立系系统，实无际是不存在无的
无
5
例子
以液态水为系统 开口系统
6
例子
以液态水和加热 蒸发后的水蒸气 为水、加热 蒸发后的水蒸气 以及加热设备为 系统
绝热系统
8
二、状态与状态参数
绝对压力=大气压力+相对压力 表压力：相对压力为正值。 真空度：相对压力为负值。
19
压力量度示意图
pe
p
pv
pb
p
20
压力的测量
21
3、基本状态参数-比容v
单位质量工质 所占有的容积称 为比容。
单位容积中所 含工质的质量称 为密度。
V
v
m3/kg
m
m kg/m3
V
1
22
四、平衡状态
系统与外界既没有能量交换也没 有质量交换的条件下，系统参数不 随时间变化的状态称为平衡状态。
热力状态：工质在某一瞬间表现出 的热力性质。 状态参数：描述工质状态特性的物 理量
9
状态参数的特征
状态确定，则状态参数也确定， 反之亦然；
状态参数的变化量与路径无关， 只与初终态有关
10
三、基本状态参数
基本状态参数：与物质的量无关 的参数，可直接用仪器测出，如压
力 p、温度t，比容v。
导出状态参数：与物质的量有关 的参数，具有可加性，可由基本状 态参数导出，如比焓h、比熵s等。
38
一、理想气体状态方程
Rm——通用气体常数 R——气体常数
39
二、理想气体的比热
比热:单位质量的物质升高或降 低1K所吸收或放出的热量。
用比热计算内能, 焓, 热量
41
三、理想气体混合气性质
理想气体混合气的分压力之和等 于总压力
理想气体混合气的分容积之和等 于总容积
42
四、理想气体热力过程
热力学基础
1
第一节 热力学基本概念
热力系统 状态与状态参数 基本状态参数 热力过程 功和热量 热力循环
2
一、热力系统
➢热力系统：分离出的研究对象 ➢外界：系统以外的所有物质 ➢边界：系统与外界的分界面
➢注意！系统与外界的作用都通过边界
功、热、质 传递
3
边界特性
真实、虚构 固定、活动
4
热力系统分类
温差 — 热不平衡势 压差 — 力不平衡势
23
准静态过程
系统经历的一系列无限小偏离平 衡状态并随时迅速恢复平衡状态的 过程。
准静态过程是无限接近平衡的过 程
24
可逆过程
系统经历某一过程后，如能在过 程逆向进行后使外界和系统同时回 复到初始状态而不留下任何变化的 过程。
可逆过程是无耗散效应的准静态 过程
（无摩擦）
25
区别
准静态过程 内部平衡
可逆过程 内部平衡 与外界平衡
26
五、功和热量
热量
系
功
统
质量
外界热源 外界功源 外界质源
27
五、功和热量
由于压差引起的
功和热量都是通过边界传递的能 量
由于温差引起的
功和热量是过程量，不是状态参 数，不仅与初终状态有关、而且与 过程有关。
28
热量
在温差作用下,系统与外界通过 界面传递的能量。
11
1、基本状态参数-温度t
热力学第零定律
如果两个系统
分别与第三个系统处于热平衡，则两
个系统彼此必然处于热平衡。
12
2、基本状态参数-压力 p
容器中大量分子碰撞器壁的结果 形成了气体对器壁的压力，即作用 于单位面积容器壁面上所受的垂直 力。
P F A
16
2、基本状态参数-压力 p
单位: Pa
kPa
第四节 热力学第二定律
31
1、正循环
顺时针方向
p1
T
2
21
V 对外作功
S 吸热
32
正循环的评价指标
净效应：对外作功，吸热 动力循环：热效率
T1 Q1
W
Q2 T2
33
2、逆循环
逆时针方向
p1
T
2
21
V
S
对内作功
放热
34
逆循环的评价指标
净效应：对内作功，放热 制冷循环：制冷系数
T0 Q1
W
Q2 T2
35
逆循环的评价指标
帕斯卡 千帕
N/m2 103 Pa
MPa 兆帕 106 Pa
17
2、基本状态参数-压力 p
压力单位的换算： 1bar=105Pa 1atm=1.013105Pa
=10.33mH2O =760mmHg
18
2、基本状态参数-压力 p
绝对压力：以绝对真空为基准量 得的压强。
相对压力：以大气压强为基准量 得的压强。
热力学第一定律主要说明热能与 机械能在转换过程中的能量守恒。
47
一、热力学第一定律实质
热是能的一种，机械能变热能， 或热能变机械能的时候，它们间的 比值是一定的。
热可以变为功，功也可变为热， 一定量的热消失时，必产生相应量 的功；消耗一定量的功时，必出现 与之对应的一定量的热。
48
表达式
流入系统的能量—流出系统的能量 = 系统内能的增量
M是质量流量，对于闭口系统M=0
49
二、焓
焓的定义式：焓=内能+流动功 对于m千克工质： H U pV 对于1千克工质： h=u+ p v
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焓的物理意义
对流动工质(开口系统)，表示沿 流动方向传递的总能量中，取决于 热力状态的那部分能量
对不流动工质(闭口系统)，焓只 是一个复合状态参数
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系统吸热热量为正，系统放热为 负
热量是传递过程中能量的一种形 式，与热力过程有关
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功
除温差以外的其它不平衡势差所 引起的系统与外界传递的能量.
规定: 系统对外作功为正，外界 对系统作功为负。
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六、热力循环
要实现连续作功，必须构成循环 热力循环：热力系统经过一系列 变化回到初态，这一系列变化过程 称为热力循环。