大学热学第十二讲 绝热过程.ppt
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§5.8 循环过程和卡诺循环,第五章 热力学第一定律,§5.1 热力学过程§5.2 功§5.3 热量§5.4 热力学第一定律§5.5 热容量 焓§5.6 气体的内能 焦耳-汤姆逊实验,§5.7 TFL对理想气体的应用ing,§5.7 热力学第一定律对理想气体的应用,应用于理想气体准静态过程,等体过程(isochoric process) isovolumetric /constant-volume,二. 等压过程 (isobaric process),三. 等温过程 (isothermal process),四. 绝热过程 (adiabatic process),√,√,√,一.等体(容)过程：,等体升压—— 吸收热量温度升高,等体降压—— 放出热量温度降低,二.等压过程：,等压膨胀—— 吸收热量温度升高,等压压缩—— 放出热量温度降低,三.等温过程：,等温膨胀—— 吸收热量对外作功,等温压缩——外界作功放出热量,近似看作绝热过程 例如，隔热材料 或者过程进行得非常快!,四. 绝热过程,1.特点： Q =0 eq.?2.图示：3.TFL:,绝热系统对外作功是以内能为代价！,四. 绝热过程,外界对绝热系统作的功全部用于增加内能,.物理解释：,4.理想气体准静态绝热过程方程,,,,,,常见气体的 的数值:,常温下常见的双原子理想气体( 如氢,氧,氮等 ),单原子理想气体( 如氦、氩等 )的,,单原子分子：1.67,刚性双原子分子：1.4,非刚性双原子分子：9/7, 为常数时的定量理想气体在准静态绝热过程中的压强与体积间的变化关系，,pV = C,泊松公式:,绝热过程方程,理想气体的绝热压缩与绝热膨胀,[补例]气体在气缸中运动速度很快，而热量传递很慢，若近似认为这是一准静态绝热过程。
问要把 300 K、1 atm 下的空气分别压缩到 10 atm 及100 atm，则末态温度分别有多高?〔解〕,对于空气， = 1.4,[补例〕认为这是一准静态绝热过程 问要把 300 K、1 atm 下的空气分别压缩到 10 atm 及100 atm，则末态温度分别有多高?〔解〕,如果 p2/p1 =10，则末态温度为 306℃ 若 p2/p1=100， 则末态温度为 845℃ 1.特点： Q = 0 eq. ? OK2.图示：,四. 绝热过程,pV = C,(1) 双曲函数,凹函数,P’<0,P’’>0,减函数,pV=C,(2) -1次和-次双曲函数的关系,仅有一个交点(V0，p0)！,V0,,,p0,-次,-1次,(2) 等温线和绝热线的关系,仅有一个交点(V0 ，p0)！,由交点V0继续压缩气体，体积变化,等温过程：,绝热过程：,绝热过程曲线变化速度更快，更陡峭！,,,v0,,,,,,从物理上看:,等温线上某点的斜率:,pV=C,等温线的斜率,* p-V图上某点等温线、绝热线斜率的比较,,4.理想气体准静态绝热过程方程,p -V图绝热线上某点的斜率:,pV = C 两边微分,得到, > 1 绝热线斜率比等温线斜率大 倍，说明绝热线 要比等温线 陡。
4.理想气体准静态绝热过程方程,思考题： . 理想气体的自由膨胀过程: 初末态温度不变，是一个等温过程，又来不及与外界交换热量，是一个绝热过程，则：,该热力学过程的方程？,1.特点： Q =0 eq. pV = C2.图示：3.TFL:,系统对外作功是以减少内能为交换的！,四. 绝热过程,在绝热过程中外界对系统作的功全部用于增加内能,4.理想气体准静态绝热过程方程,5.理想气体绝热过程中的功,5.理想气体绝热过程中的功,,,5. 理想气体绝热过程中的功,,,pV = C,,1.特点： Q =0 pV = C 2.图示：3.TFL:,四. 绝热过程,4. 理想气体准静态绝热过程方程,5.理想气体绝热过程中的功,6. 理想气体的绝热过程的热容量,0,.绝热过程小结：,绝热膨胀—— 系统作功温度降低,绝热压缩—— 外界作功温度升高,例6: 氮气准静态绝热膨胀过程,已知：m=1g, T1=423K, p1=5atm, V2=2V1,求：As,解：,在该温度附近氮气分子的振动自由度冻结，故：,等体过程（isochoric process） isovolumetric /constant-volume,二. 等压过程 （isobaric process）,三. 等温过程 (isothermal process),四. 绝热过程 (adiabatic process),§5.7 热力学第一定律对理想气体的应用,√,√,√,√,五. 多方过程,1. 绝热过程的推广： 理想气体四个等值过程的方程:,五. 多方过程,可以用下面的表达式来统一表示，,其中 n 是对应于某一特定过程的常数。
其中 n = 0 是 过程；,其中 n = 1 是 过程；,其中 n = 是 过程；,n → ∞ 时是 过程等压,等温,绝热,等体,起始于同一点. n 是从 0 → 1 → → ∞ 逐级递增 例如气缸中压缩过程是 n = 1曲线到 n = 曲线之间的区域，即 1 ＜ n ＜ 理想气体多方过程方程，多方指数：n.,2. 图示：,适用于 CV ,m为常数的理想气体的准静态方程若以 T、V 或 T、p 为独立变量，还可有：,3. 多方过程方程：,.多方过程中的功,,,4.多方过程摩尔热容:,设多方过程的摩尔热容为 Cm ，则,,,,,4.多方过程摩尔热容,可以得到,,多方过程摩尔热容的表达式,n → ∞ 为 过程其中 n = 0 是 过程；,其中 n = 1 是 过程；,其中 n = 是 过程；,等压,等温,绝热,等容,多方过程热容图线:,可看到：Cm可正、可负,1 ＜ n ＜ 时，Cm<0,说明：此时系统吸热，（温度降低）内能减少， 两者都用于对外作功！,0 <,《科学》2003.01 P63：热得发冷——负比热现象德国弗雷伯格大学（Università di Friburgo）的几位物理学家做的一项实验似乎推翻了一个自然规律——受热后温度反而降低了!其实不然，只要熟悉小原子团的性质，就知道这丝毫没有违背宇宙的规律。
研究人员首先成功获得了由100多个钠原子组成的金属凝块，然后用激光作为热源照射这些小原子团这样物理学家证实了所谓负比热现象：在这些凝块完全融化之前，已经液化的原子“更愿意”把它们的部分能（其大小反映了物质的温度高低）转化为用来融化剩余固体部分的能量科学家们还证明，这一现象从能量角度看是最合理的，符合热力学的原理这项研究能使人们更好地理解恒星活动的规律，因为这种情况也同样会在恒星内发生思考题： 1.某气体系统经历的哪一个过程的热容量为负值？ 已知过程2为绝热过程分析：T1-->T2 => ∆U,Q= ∆U+As,As(1)
19世纪广泛的使用蒸汽机是第一次工业革命的主要标志，… 正是在蒸汽机不断改进和完善的经验基础上，热力学才得以建立，当然反过来热力学又促进了蒸汽机和其他热机技术的发展 蒸汽机之功 不可没！,瓦特的传说故事,瓦特与蒸汽机,1681年法国人D.Papin发明巴本锅，1695第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全 制造出在矿井内抽水的蒸汽泵的塞维利T.Savery 1705年，钮科门T.Newcomon改进蒸汽泵为新蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大（1712） η~3%; 1763年，英国技工瓦特James Watt(1736-1819)改进了钮科门机，加了冷凝器，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，η~5%-8%；同时他还引进了一个功的单位—Horse power(735W);,瓦特蒸汽机,1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船.,瓦特与蒸汽机,1785年，热机被应用于纺织1823年被用于火车和铁路瓦特与蒸汽机,*蒸汽机的工作过程 图所示为简单的活塞式蒸汽机的流程图C 高温热源,E 低温热源,D 汽缸,,,工作物质在高温热源处吸收热量增加内能，其中的一部分通过作功方式转化为机械能，其余的内能增量则以传热方式向低温热源释放，工质又回到原来的状态！,热机中的能量转化：,热机对外作功的能量来源……,本节的符号规则（TSL）非TFL规则：,吸热、放热都取正值,§5.8 循环过程和卡诺循环,一.循环过程及其效率,二.卡诺循环及其效率,三.内燃机循环效率的计算,。
