第十章 热力学

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1、教学基本要求教学基本要求基本概念基本概念及基本规律及基本规律例题分析例题分析第十章第十章 热力学基础热力学基础一、教学基本要求一、教学基本要求:掌握功和热量的概念。理解准静态过程，掌握热力学掌握功和热量的概念。理解准静态过程，掌握热力学第一定律。能分析计算理想气体等容、等压、等温和第一定律。能分析计算理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的功、热量、内能的改变量，热容量及卡绝热过程中的功、热量、内能的改变量，热容量及卡诺循环等简单循环的效率。了解可逆过程和不可逆过诺循环等简单循环的效率。了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律及其统计意义程，了解热力学第二定律及其统计意义 第十章第十章 热力

2、学基础热力学基础平衡态平衡态准静态过准静态过程程可逆过程可逆过程热容量热容量摩尔定压摩尔定压热容量热容量摩尔定容摩尔定容热容量热容量理想气体理想气体摩尔热容摩尔热容量量迈耶公式迈耶公式热量热量功功热力学第热力学第一定律一定律热力学第热力学第二定律二定律等容过程等容过程等压过程等压过程等温过程等温过程绝热过程绝热过程循环过程循环过程热循环热循环制冷循环制冷循环卡诺循环卡诺循环二、基本概念及基本规律二、基本概念及基本规律平衡态：描述热力学系统的宏观参量平衡态：描述热力学系统的宏观参量P、V、T不随不随时间变化的状态。时间变化的状态。准静态过程准静态过程：在过程进行中的每一时刻，系统的状在过程进行中

3、的每一时刻，系统的状态都无限接近于平衡态。态都无限接近于平衡态。可逆过程：外界条件改变无穷小的量就可使过程可逆过程：外界条件改变无穷小的量就可使过程反向进行，其结果是系统和外界能同时回到初态。反向进行，其结果是系统和外界能同时回到初态。无损耗的准静态过程是可逆过程。无损耗的准静态过程是可逆过程。热容量：系统温度每升高热容量：系统温度每升高1K所需要的热量。所需要的热量。定压摩尔热容定压摩尔热容：定容摩尔热容定容摩尔热容：理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容：迈耶公式迈耶公式：热量：系统与外界或两个物体之间由于温度不同而热量：系统与外界或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动的能量。热量是过程量

4、与具体过程相交换的热运动的能量。热量是过程量与具体过程相联系。联系。功功：准静态过程系统对外所做的体积功为准静态过程系统对外所做的体积功为 体积功是过程量，与具体过程相联系。体积功是过程量，与具体过程相联系。热力学第一定律：热力学第一定律：物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在有物理意义：热力学第一定律是能量守恒定律在有内能变化过程中的具体表述，它表示热力学系统内能变化过程中的具体表述，它表示热力学系统的内能，与外界交换的热量和外界之间的功三者的内能，与外界交换的热量和外界之间的功三者之间的变化规律。之间的变化规律。热力学第二定律：热力学第二定律：克劳休斯表述克劳休斯表述：热量不能自动的从低

5、温物体传向高温热量不能自动的从低温物体传向高温物体。物体。开尔文表述开尔文表述：其唯一效果是热全部转变为功的过程是其唯一效果是热全部转变为功的过程是不可能的。不可能的。物理意义：热力学第二定律描述了热力学系统变化的物理意义：热力学第二定律描述了热力学系统变化的方向性，从微观意义上讲，自然过程（实际能发生的方向性，从微观意义上讲，自然过程（实际能发生的过程）总是沿着使系统内的分子运动向更加无序的方过程）总是沿着使系统内的分子运动向更加无序的方向进行。从宏观上讲自然过程都是不可逆的。向进行。从宏观上讲自然过程都是不可逆的。等容过程的相关公式：等容过程的相关公式：等压过程的相关公式：等压过程的相关公

6、式：（P不变）等温过程的相关公式：等温过程的相关公式：（T不变）绝热过程的相关公式：绝热过程的相关公式：（dQ=0）绝热过程方程（泊松方程）绝热过程方程（泊松方程）循环过程的相关公式：循环过程的相关公式：特征：系统经循环过程，回到初态。故特征：系统经循环过程，回到初态。故 热循环（正循环）热循环（正循环）：系统从高温热源吸热系统从高温热源吸热Q1，向低温热源放热，向低温热源放热Q2。对外。对外做功做功Q1-Q2效率为：效率为：注意：注意：A为系统对外做的净功，为系统对外做的净功，Q1为从高温热源的为从高温热源的吸热值，吸热值，Q2为向低温热源的放热值，在计算效率时为向低温热源的放热值，在计算效

7、率时Q1、Q2均取绝对值。均取绝对值。制冷循环：制冷循环：（逆循环）：外界对系统做功外界对系统做功A，使系统从低温热源吸热，使系统从低温热源吸热Q2，向高，向高温热源放热温热源放热Q1=Q2+A。制冷系数为制冷系数为:卡诺循环卡诺循环：系统只和两个恒温热源进行热交换的准静系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程是卡诺循环。（在态循环过程是卡诺循环。（在PV图上由两条等温线，图上由两条等温线，两条绝热线构成的循环过程）两条绝热线构成的循环过程）卡诺正循环的效率：卡诺正循环的效率：例题11、在下列说法中，那些正确（、在下列说法中，那些正确（）可逆过程一定是平衡过程。可逆过程一定是平衡过程。平

8、衡过程一定是可逆过程。平衡过程一定是可逆过程。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。非平衡过程一定是不可逆的。非平衡过程一定是不可逆的。（A A），（B B），（C C），（D D），例题22 2、关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述、关于热功转换和热量传递过程，有下面一些叙述（）功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。功可以完全变为热量，而热量不能完全变为功。一切热机的效率都只能小于一切热机的效率都只能小于1。热量不能从低温物体向高温物体传递。热量不能从低温物体向高温物体传递。热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的。以上这些叙

9、述（以上这些叙述（）(A)(A)只有只有正确正确。（B B）只有只有正确。正确。(C)(C)只有只有正确正确。（D D）全部正确。全部正确。例题33、一定量的理想气体分、一定量的理想气体分别由初由初态a经过程程ab和初和初态a经过程程acb到达相同到达相同的的终点点b，如，如图2.5所示。所示。则两个两个过程中气体从外界程中气体从外界吸收的吸收的热量量Q1、Q2的关系的关系（）（A）Q10，Q1Q2（B）Q10，Q1Q2（C）Q10，Q1Q2（D）Q10，Q1Q2例题44、如如图所示的两个卡所示的两个卡诺循循环，第一个沿，第一个沿ABCDA进行，行，第二个沿第二个沿ABCDA进行，行，则这两个

10、循两个循环的效率的效率1和和2及两个循及两个循环所做的所做的净功功A1和和A2的关系（的关系（）。）。(A)1=2，A1A2 (B)1=2，A1=A2(C)12，A1=A2 (D)1=2，A1A2例题55、两个卡诺机的循环曲线、两个卡诺机的循环曲线如图所示，一个工作在温度如图所示，一个工作在温度为为T1和和T3的两个热源之间，的两个热源之间，另一个工作在温度为另一个工作在温度为T2和和T3的两个热源之间，已知这两的两个热源之间，已知这两个循环曲线所包围的面积相个循环曲线所包围的面积相等。由此可知（等。由此可知（）。）。(A)两个热机的效率一定相等。两个热机的效率一定相等。(B)两个热机从高温热

11、源吸收的热量一定相等。两个热机从高温热源吸收的热量一定相等。(C)两个热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的两个热机吸收的热量与放出的热量（绝对值）的差值一定相等。差值一定相等。(D)两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。两个热机向低温热源所放出的热量一定相等。例题66、“理想气体只与单一热源接触经历某一循环后，吸理想气体只与单一热源接触经历某一循环后，吸收的热量收的热量Q Q（Q Q 00）全部用来对外做功）全部用来对外做功A(A 0A(A 0）。）。”对对此说法，有如下几种评论，哪种正确（此说法，有如下几种评论，哪种正确（）(A)(A)不违反热力学第一定律，但违反热力学第二定律。不违反热

12、力学第一定律，但违反热力学第二定律。(B)(B)不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律。不违反热力学第二定律，但违反热力学第一定律。(C)(C)不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。不违反热力学第一定律，也不违反热力学第二定律。(D)(D)违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。违反热力学第一定律，也违反热力学第二定律。例题88、某种单原子理想气体由图所、某种单原子理想气体由图所示示A状态变化到状态变化到B状态。从状态。从A状态状态到到B状态的变化过程不知道，但状态的变化过程不知道，但若知道若知道A态和态和B态的压强、体积和态的压强、体积和温度，那么可以求出（温度，那么可以求出（

13、）(A)(A)气体膨胀所做的功气体膨胀所做的功 (B)(B)气体内能的变化气体内能的变化(C)(C)气体传递的热量气体传递的热量 (D)(D)气体分子的质量气体分子的质量例题99、下列理想气体各过程中可能发生的是（下列理想气体各过程中可能发生的是（）A内能减少的等容加热过程。内能减少的等容加热过程。B吸收热量的等温压缩过程。吸收热量的等温压缩过程。C吸收热量的等压压缩过程。吸收热量的等压压缩过程。D内能增加的绝热压缩过程。内能增加的绝热压缩过程。例题1010、给定的理想气体（比热容、给定的理想气体（比热容 为已知），从已知），从标准准状状态（P0、V0、T0）开始，做）开始，做绝热膨膨胀，体，

14、体积增大到增大到三倍，膨三倍，膨胀后的温度后的温度T=_；例题1111、足球胆的容积是、足球胆的容积是2500 cm3，用打气筒每次将体积为，用打气筒每次将体积为125 cm3的的1标准大气压的空气打进去。若球胆内原无空标准大气压的空气打进去。若球胆内原无空气，则打了四十次后球胆内部的压强为气，则打了四十次后球胆内部的压强为_Pa.此过程可近似为等温变化例题1212、对于、对于20的氮气，在等压膨胀过程中，对外所作的氮气，在等压膨胀过程中，对外所作的功与从外界吸收的热量之比等于为的功与从外界吸收的热量之比等于为 _等压过程吸热等压过程吸热由物态方程，等压过程由物态方程，等压过程例题1313、某

15、理想气体，从、某理想气体，从PV图上的初态图上的初态a经历经历或或过过程到末态程到末态b，其中虚线是绝热线，则，其中虚线是绝热线，则过程中，系统过程中，系统_热；热；过程中，系统过程中，系统_热热 例题1414、如图所示，、如图所示，abcda为为1mol单原子分子理性气体的循单原子分子理性气体的循环过程，求：环过程，求：1）气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？）气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？2）气体循环一次，对外做的净功？）气体循环一次，对外做的净功？1.吸吸热过程程为ab和和bc ab为等容等容过程程bc为等等压过程程：2.一次正循一次正循环，系，系统对外的外的净功等

16、于功等于PV曲曲线围成的面成的面积：吸收的总热量为：吸收的总热量为：例题1515、1mol氧气，进行氧气，进行如图所示的循环过程如图所示的循环过程abcda，其中，其中ab为为等容加热过程，等容加热过程，bc为等温膨胀过程，为等温膨胀过程，ca为等压压缩过程。为等压压缩过程。求循环过程中：（求循环过程中：（1）所作的净功所作的净功;(2)循环循环的效率的效率;（1）ab为等容加热过程，功为为等容加热过程，功为0。bc为等温膨胀过程：为等温膨胀过程：ca为等压压缩过程为等压压缩过程例题1616、1mol的某双原子理想气体的循环过程，如图所示，的某双原子理想气体的循环过程，如图所示，求（求（1）2

17、3过程系统外界所做的功；（过程系统外界所做的功；（2）31过程系过程系统从外界吸收的热量；（统从外界吸收的热量；（3）12过程系统从外界吸收过程系统从外界吸收的热量。的热量。解：解：23等温变化等温变化 31等容等容12 等压等压例题1717、3mol的单原子分子理想气体的循环过程如图所示，的单原子分子理想气体的循环过程如图所示，其中其中TC=600K。求：。求：ab、bc、ca三个过程气体吸收的三个过程气体吸收的热量；循环过程（热量；循环过程（abca）气体作的净功；循环效率。）气体作的净功；循环效率。解：解：ab等压等压 bc等容等容 ca等温等温由热力学第一定律，一个循环的净功为：由热力

18、学第一定律，一个循环的净功为：一个循环的效率为：一个循环的效率为：例题1818、如图所示，、如图所示，abcda为为1mol单原子分子理性气体的循单原子分子理性气体的循环过程，求：环过程，求：(1)气体循环一次，在吸热过程中从外界吸气体循环一次，在吸热过程中从外界吸收的热量？收的热量？(2)气体循环一次，对外做的净功？气体循环一次，对外做的净功？解：解：ab等容等容 cd等容等容 吸热过程系统吸收的热量吸热过程系统吸收的热量:bc,da为等压过程，系统做功为等压过程，系统做功一个循环系统对外所作净功为一个循环系统对外所作净功为：此循环的效率为：此循环的效率为：19.有一卡诺制冷机，从温度为有一卡诺制冷机，从温度为10摄氏度的冷藏摄氏度的冷藏室吸取热量，而向温度为室吸取热量，而向温度为20摄氏度的物体放出热量。摄氏度的物体放出热量。设该制冷机所消耗的功率为设该制冷机所消耗的功率为15千瓦，问每分钟从冷千瓦，问每分钟从冷藏室吸收的热量为多少？藏室吸收的热量为多少？例例19