数学物理方程教材.pptx

第六章热力学基础

热力学的出发点和方法与上一章的分子动理论很不相同。在热力学中，不涉及物质的微观结构和过程，以观察和实验事实为依据主要从能量的观点出发分析、研究系统在状态变化过程中有关热、功转换的关系和条件。主要内容为热力学第一、第二定律。;;2.热力学第零定律

有三个系统A,B和C。将B和C互相隔绝开，并使它们同时与A热接触。经过一段时间后，A和B以及A和C都将达到;二.热力学过程

热力学过程：系统从一个状态变化到另一个状态所经历的过程。简称过程。

准静态过程：在过程中的任意时刻，系统都无地接近平衡态，亦即，由一系列依次接替的平衡态组成的过程。;三.功热量内能

作功和热传递是热力学系统与外界或系统之间相互作用的方式，通过作功和热传递可以改变系统的状态。

1.功

体积功：准静态过程中与系统体积变化相联系的功。

以气体膨胀为例：;在一有限准静态过程中，系统体积由V1?V2，则该过程的体积功为;;四.热力学第一定律

作功和传热是使系统能量发生变化的两种不同方式。作功是通过宏观位移来完成，所起的作用是系统的定向运动与系统内分子无规运动之间的转换，从而改变系统的内能。传热是通过分子间的相互作用来完成，所起的作用是外界的分子无规运动与系统内分子无规运动之间的转换，从而改变系统的内能。

对一个系统，如果外界向其传热Q，它对外作功A，系统从内能为E1的平衡态改变为内能为E2的平衡态。则无论过程如何，总有;;§6-2气体的摩尔热容

一.热容

很多情况下，系统与外界之间的热传递会引起系统本身温度变化。温度的变化与所传递的热量的关系用热容量来表示。;二.气体的摩尔热容

由于热量与具体的过程有关，所以，对于同一系统，相应于不同的过程，其热容量的值不同。对于气体，最常用的是定体热容量和定压热容量。

1.定体摩尔热容;2.定压摩尔热容;CP与CV的比值称为比热比，用?表示，即;§6-3热一定律对理想气体准静态过程的应用

应用热一定律计算理想气体系统典型过程中的功、热量以及过程所联系的初、末态的内能变化。

一.等体过程

dV=0，V=常数，在P?V图上对应于平行于P轴的直线。

体积功：

吸热：

内能增量：;二.等压过程

dP=0，P=常数，在P?V图上对应于平行于V轴的直线。

体积功：

吸热：

内能增量：

三.等温过程

dT=0，T=常数，在P?V图上对应

于一条双曲线。;内能增量：

根据热一定律，该过程中所吸的热等于对外所作的功，即

四.绝热过程

dQ=0。所以

绝热过程方程：

根据热一定律，有dE+dA=0，即

由气态方程，可得;联立上述两微分方程，消去dT，可得;将上述绝热过程方程与气态方程联立，还可得另外两种形式的绝热过程方程：;体积功：

内能增量：

吸热：

多方过程的摩尔热容：;联立两微分方程，得;例.P216例题6-2

解：从状态1绝热膨胀到状态2，根据绝热过程方程，有;§6-4循环过程卡诺循环

一.热机

对各种热力学过程研究的主要目的之一是探索如何制造高效率的热机。而热力学理论最初也就是在研究热机过程中发展起来的。

热机：利用热来作功的机器，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机等

热机工作原理：

i热机中的工作物质吸热增加其内能，对外作功。

ii热机重复地进行某些过程，使工质经历一系列的变化后再回到原来的状态，从而不断地吸热作功。;汽轮机的工作原理和过程：

工作物质：水

1)水从锅炉吸热Q1，变成高压蒸汽。这是一个吸热、系统内能增加的过程；

2)高压蒸汽进入汽缸，膨胀推;为了从能量角度研究热机，引入循环过程及其效率。

二.循环过程

循环过程：物质系统经历一系列的状态变化又回到初始状态的过程。

准静态循环：循环过程中的各个阶段都是准静态的。;过程cda中，外界对系统作功A2，其值为曲线cda下的面积；整个循环中，系统对外作净功A1?A2，其值为闭合曲线所围面积。

循环中，系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热Q2，吸的净热为Q1??Q2?。

系统经一个循环后恢复到原来的状态，?E=0。;2.逆循环

逆循环是正循环的逆过程。外界对系统作净功A，