大学物理课件：热力学基础2015simp

热力学基础习题课热力学基础习题课、基本要求2、掌握功、热量和内能的概念，理解热力学第一定律。4、理解热力学第二定律的两种叙述，理解熵的基本涵义。3、掌握理想气体各等值过程中状态参量和过程变量的计算方法，并能熟练计算循环过程（卡诺循环）的效率。1、掌握热力学状态（平衡）和热力学过程（准静态、可逆）的基本概念。一、状态与过程1、置于容器内的气体，如果气体内、置于容器内的气体，如果气体内各处压强相等，或气体内各处温度各处压强相等，或气体内各处温度相同，则这两种情况下气体的状态相同，则这两种情况下气体的状态(A)一定都是平衡态一定都是平衡态(B)不一定都是平衡态不一定都是平衡态(C)前者一定是平衡态，后者一定不前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态是平衡态(D)后者一定是平衡态，前者一定不后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态是平衡态2、在下列说法中，哪些是正确的？、在下列说法中，哪些是正确的？（1）可逆过程一定是平衡过程）可逆过程一定是平衡过程（2）平衡过程一定是可逆的）平衡过程一定是可逆的（3）不可逆过程一定是非平衡过程）不可逆过程一定是非平衡过程（4）非平衡过程一定是不可逆的）非平衡过程一定是不可逆的3、从统计的意义来解释：、从统计的意义来解释：不可逆过程实质上是一个不可逆过程实质上是一个的转变过程的转变过程一切实际过程都向着一切实际过程都向着的方向进行。的方向进行。二、热力学第一定律(过程量)pdVW(过程量)12TTCQm(状态量)12,TTCTEmVQWEdWdEdQVPAB*oABTT 答答：（：（B）例例 一定量的理想气体，由平衡态一定量的理想气体，由平衡态 A B，则，则无论经过什么过程，系统必然：无论经过什么过程，系统必然：A）对外作正功；对外作正功；B）内能增加；内能增加；C）从外界吸热；从外界吸热；D）向外界放热。向外界放热。功和热量都是过程量功和热量都是过程量,始末状态确定后，不同过始末状态确定后，不同过程，功和热量是不同的程，功和热量是不同的;而内能是状态量只决定于始而内能是状态量只决定于始末状态末状态,与过程无关与过程无关.1、状态量和过程量讨论：PoV2122 等温绝热1 2过程作功多少？0W1 2过程内能增加多少？（为什么？）0E那么1 2过程热量的正负如何？WEQ无法直接判断 图示，试判断1 2过程中 的正负Q2、对P-V图的研究所以02121 WEWEQ（吸热！）0Q从图上知道21 EE21 WWPoV2122 等温绝热三、热力学过程：多方过程三、热力学过程：多方过程.ConstpVnApVopSTV等温等温T等容等容V绝热绝热S等压等压pn=n=n=1n=0多方指数多方指数n等体等体过程过程绝热绝热过程过程等温等温过程过程等压等压过程过程QEWTCmp,TCmV,VpTCmV,TCmV,012lnVVRT12lnVVRT0TCmV,TCmV,00、等值过程中 和 的计算WE,Q理想气体热容量RiCmV2,RCCmVmp,VpCC/i自由自由度度单原子气体单原子气体双原子气体（刚性）双原子气体（刚性）3i5iRCmV23,RCmp27,RCmp25,RCmV25,4.157351、等压过程、等压过程2:)2(:iiWEQp证明：（证明：（1）RCCmVmp,（2）如图所示，一固定绝热隔板G，把封在可动活塞M里面的汽缸分为A、B两个部分。开始时这两个部分各装有相同P,V,T的同种理想气体，并与大气压强相平衡。然后对它们缓慢提供相同热量Q后，两者温度升高度数之比为TA:TB=5:3。问：（1）这是单原子还是双原子气体？（2）B室对外做功占所吸收热量多大百分比？AAirGBMTRpVVpdddWEQdddVpTCTCVmndddm,RTpV为多方指数其中m,m,m,1VmnpmnVmnCCCCCCRnVpCCRVmndm,0ddpVVnp2 2、多方过程、多方过程(polytropic process).ConstCmnCpVn3 3、直线过程、直线过程kVpp0pdVdTCQmV,dpdVRdTRCmV,pdVVdppdVRCmV)(,VdpRCpdVRCmVmp,RTpV)(,VdppdVRCdQmVdVdVdpVpRCmV)(,VdVdVdpVpRCmV)(,VdVkkRCSmV)(,dVdpk VpdVdpkss)(四、循环过程（1）正循环1211QQQW121TT（2）逆循环2122QQQWQe卡诺循环212TTTe图示ab为等温过程，bc和da为绝热过程，比较循环abcda和abeda的效率poVdbaceabedaabcda1、0.1mol氧气经历图示过程，其中3-4为绝热过程且 ，计算各过程的 和 41TT WE,Q)10(5pap o312401.102.20.10.2)10(33mV121,21,P mP mP VVmQCTTCMR22.55 10EQ WJ 所以23.56 10QE WJ 23.56 10QJ121,21,V mV mP VVmECTTCMR 或解：1 2为等压过程JVVpW21211001.12-3等体过程0WJRPPVCTTCEVmVm2232231006.5JEQ21006.5)10(5paP o312401.102.20.10.2)10(33mV3-4 绝热过程34TTCEWVm由物态方程计算43,TTKRVPTT211141022.11.0KRVPT23331088.41.0JEW2106.7 3-4 绝热过程434TT 133144VTVTJWQ210218.451211344322)(TTVV6412VVJRTVVRTpdVWVV214111022.1315.81.0693.06)2ln6(ln144-1 等温过程效率23,12,TTCTTCQQQmVmpVpH)()ln()ln(1113131141TTVVRTVVRTQQTL23,12,1113131)()ln(11TTCTTCTTVVRTQQmVmpHL 121312111313/1/)()ln()1(11TTTTTTTTVVQQHL%07.514.3693.04.2122ln)1(61五、热力学第二定律开尔文 “其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的”可逆过程和不可逆过程克劳修斯 “热量不能自动的从低温物体传向高温物体”热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了_的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了_的过程是不可逆的。功变热 热传导 根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有(A)功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功(B)有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量，但无规则运动的能量不能变为有规则运动的能量(C)热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体(D)气体能够自由膨胀，但不能自动收缩(E)不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程(F)一切自发过程都是不可逆的(G)一切热机的效率都只能够小于1 问：问：一条等温线与一条绝热线能否有两个交点？一条等温线与一条绝热线能否有两个交点？答：答：不可能不可能.因为因为,若一条等温线若一条等温线与一条绝热线有两个交点，与一条绝热线有两个交点，则两条曲线构成了一个循则两条曲线构成了一个循环过程，它仅从单一的热环过程，它仅从单一的热源吸热，且全部转换为功，源吸热，且全部转换为功，热机效率达热机效率达100%，违背了，违背了热力学第二定律的开尔文热力学第二定律的开尔文说法，所以不成立说法，所以不成立.六、熵的计算与熵增加原理可逆TdQSS12在孤立系统中0SWkSln 理想气体向真空做绝热自由膨胀，则理想气体向真空做绝热自由膨胀，则温度温度，压强，压强，熵，熵。（填不变、增加、减少）（填不变、增加、减少）例例 一定量的理想气体从体积一定量的理想气体从体积 膨胀到体积膨胀到体积 分别经过如下的过程，其中吸热最多的过程是什么过分别经过如下的过程，其中吸热最多的过程是什么过程？熵变最大的过程是什么过程？程？熵变最大的过程是什么过程？（A-BA-B等压过程；等压过程；A-CA-C 等温过程；等温过程；A-DA-D 绝热过程）绝热过程）AVBVADACABEEE0ADACABWWW0ADACABQQQ解解BVAVABCDpVoCp CT 0dQABmpABmpVVCTTCABSlnln,ABVVRACSln0ADS