大学热学第十二讲-绝热过程课件.ppt

1、5.8 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环,dddV mQCTp V U=Q+A dddQ=Up V 应用于理想气体应用于理想气体准静态过程准静态过程dddsQ=UA sQUA (isochoric process)isovolumetric/constant-volume(isobaric process)isothermal process一一.等体等体(容容)过程：过程：UQ 等体升压等体升压 吸收热量温度升高吸收热量温度升高pV232V411V等体降压等体降压 放出热量温度降低放出热量温度降低二二.等压过程：等压过程：sAUQ 等压膨胀等压膨胀 吸收热量温度升高吸收热量温度升高等压压

2、缩等压压缩 放出热量温度降低放出热量温度降低三三.等温过程：等温过程：sAQ 等温膨胀等温膨胀 吸收热量对外作功吸收热量对外作功等温压缩等温压缩外界作功放出热量外界作功放出热量pV2341近似看作绝热过程。近似看作绝热过程。例如，例如，隔热材料隔热材料 或者过程进行得非常快或者过程进行得非常快!四四.1.特点：特点：Q=0 eq.?2.图示：图示：3.TFL:AU 四四.U=Q+A sAU 4,dd0V mCTp V dddp VV pR T ,dddV mQCTp V Cp,m/CV,m 称比热容比称比热容比,绝热指数绝热指数,dddV mp Vp VV pRC ,(1)dd0V mRp V

3、V pC dd0VpVp lnlnlnVpC pVC pVC ,ddV mp VTC 常见气体的常见气体的 的数值的数值:常温下常见的双原子理想气体常温下常见的双原子理想气体(如氢如氢,氧氧,氮等氮等 ),35,23V mCR ,57,25V mCR 单原子理想气体单原子理想气体(如氦、氩等如氦、氩等 )的的,p mV mCC pVC 12TVC 为常数时为常数时的定量理想气体在准静态绝热过程中的压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，强与体积间的变化关系，pV =C;pVC 1;pV VC 1RTVC ;pVC ;RTpCp 1TRCp 泊松公式泊松公式:绝热过程方程绝热

4、过程方程13pCT 补例补例气体在气缸中运动速度很快，而热量传递很慢，若近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。似认为这是一准静态绝热过程。问要把问要把 300 K、1 atm 下的空气分别压缩到下的空气分别压缩到 10 atm 及及100 atm，则末态温度分别有多高，则末态温度分别有多高?解解 1Tp 常常数数 (1)/2121/TTpp 1 对于空气，对于空气，=1.40.40.28571.4 补例补例认为这是一准静态绝热过程。认为这是一准静态绝热过程。问要把问要把 300 K、1 atm 下的空气分别压缩到下的空气分别压缩到 10 atm 及及100

5、 atm，则末态温度分别有多高，则末态温度分别有多高?解解 如果如果 p2/p1=10，则末态温度为，则末态温度为 306。若若 p2/p1=100，则末态温度为则末态温度为 845。(1)/2121/TTpp 10.40.28571.4 1.特点：特点：Q=0 eq.?OK2.图示：图示：四四.pV =CCpCVV (1)双曲函数双曲函数凹函数凹函数P0减函数减函数pV=C1CpCVV(2)-1次和次和-双曲函数的关系双曲函数的关系p-1次次p2V?p ,VnT p ,VnT p V Tp Sp 从物理上看从物理上看:等温线等温线上某点的斜率上某点的斜率:pV=CddV pp V TppVV

6、 等温线的斜率等温线的斜率4sppVV dd0pVpV pV =C 两边微分两边微分,得到得到TppVV 1 绝热线斜率比等温线斜率大绝热线斜率比等温线斜率大 倍，倍，说明绝热线说明绝热线 要比等温线要比等温线 陡。陡。sppVV TppVV 4.1pVC 2pVC 1.特点：特点：Q=0 eq.pV =C2.图示：图示：3.TFL:AU 四四.sAU 45521dVVAp V 绝绝热热1111121p VVV 21111dVVp VVV 21dVVCVV 11 11211p VVV 11 11211ap VVAV 1 11 11211p Vp VV 221 111aAp Vp V 1111

7、11121p VVVV 521UU 11 11211ap VVAV 221 111p Vp V 21()1RTT ,pmV mpmV mCCRCC ,1V mRC ,pmC aA,21 ()V mCTT 1R pV =C1.特点：特点：Q=0 pV =C 2.图示：图示：3.TFL:AU 四四.45.?C 绝绝热热0.绝热过程小结：绝热过程小结：0 QUA 绝热膨胀绝热膨胀 系统作功温度降低系统作功温度降低绝热压缩绝热压缩 外界作功温度升高外界作功温度升高 1112111 VVVpdAp V ,21()V mMAUCTT 12TVC 13pCT 1pVC )(112TTRM 112211VpV

8、p V1V2p1p212例例6:氮气准静态绝热膨胀过程氮气准静态绝热膨胀过程已知：已知：m=1g,T1=423K,p1=5atm,V2=2V1求：求：As解：解：在该温度附近氮气分子的在该温度附近氮气分子的振动自由度冻结，故：振动自由度冻结，故：,p mV mCC 4.157 112211sAp Vp V 11mRTVMp 53310013.15102842331.8101 3m212VV22CpV 1.4515 1.013 10pa2434.96 10 m 42.48 10 1 12.pVV （isochoric process）isovolumetric/constant-volume（i

9、sobaric process）isothermal process五五.1.绝热过程的推广绝热过程的推广：理想气体四个等值过程的方程理想气体四个等值过程的方程:五五.1pC 2pVC 3pVC 4VC 可以用下面的表达式来统一表示，可以用下面的表达式来统一表示，npVC 其中其中 n 是对应于某一特定过程的常数。是对应于某一特定过程的常数。1np V 常常数数npVC 绝热绝热 起始于同一点起始于同一点.n 是从是从 0 1 逐级递增。逐级递增。例如气缸中压缩过程是例如气缸中压缩过程是 n=1曲线到曲线到 n=曲线之曲线之间的区域，即间的区域，即 1 n 。npVC 2 适用于适用于 CV,

10、m为常数的理想气体的准静态方程。为常数的理想气体的准静态方程。若以若以 T、V 或或 T、p 为独立变量，还可有：为独立变量，还可有：npVC 1nnpCT 1nTVC 3.多方过程方程：多方过程方程：()npVC 多方过程多方过程U 11 11211np VVAnV 2 21 111Ap Vp Vn 11 11211ap VVAV 2 21 111aAp Vp V 21()1RATTn U 21()1RTT ,21 ()V mCTT pVRT 4.设多方过程的摩尔热容为设多方过程的摩尔热容为 Cm，则则ddmQCT dddp VV pR T dd0np VV p pVRT npVC dp V

11、 d1RTn dddQUp V ,ddV mCTp V dmCT,dddmV mCTCTp V dp V d1RTn ,mV mCC 1Rn 4.,1p mV mV mCCCn ,111V mCn ,1V mnCn ,1V mnCn 可以得到可以得到多方过程摩尔热容的表达式多方过程摩尔热容的表达式mC,1V mnCn npVC 可看到：可看到：Cm可正、可负可正、可负,1mV mnCCn sA=0U21()mQCTT QU 科学科学2003.01 P63：热得发冷：热得发冷负比热现象负比热现象德国弗雷伯格大学（德国弗雷伯格大学（Universit di Friburgo）的几位物理）的几位物理

12、学家做的一项实验似乎推翻了一个自然规律学家做的一项实验似乎推翻了一个自然规律受热后温受热后温度反而降低了度反而降低了!其实不然，只要熟悉小原子团的性质，就知其实不然，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由100多个钠原子组成的金属凝块，然后用激光作为热源照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：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，已经液化的原子在这些凝块完全融化之前，已经液化的原子“更愿意更愿意”把把它们的部

13、分能（其大小反映了物质的温度高低）转化为用它们的部分能（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。样会在恒星内发生。1.0 2.理想气体理想气体1:O2，2:He 分别经历一等压过程，发现二系统吸收的热量都相分别经历一等压过程，发现二系统吸收的热量都相同，问同，问 (1)Cp,m1:Cp

14、,m2 =?(2)As1:As2 =?(3):?As=p=RQ1=Q21Cp,m1T1=2Cp,m2T2 7/21RT1=5/22RT2 U=CV,m U1/U2=(51R(32R =5As1:3As2=25:215.8 循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环 一、一、1919世纪在实验室里建立电磁学世纪在实验室里建立电磁学后诞生了电机工程和无线电技术；后诞生了电机工程和无线电技术；二、因经济需要应用技术先行一步，二、因经济需要应用技术先行一步，继而推动自然科学的发展，再反馈继而推动自然科学的发展，再反馈到技术中去，促进技术登上一个台到技术中去，促进技术登上一个台阶：阶：热机技术与热力学热机技术

15、与热力学之间的关系。之间的关系。19 19世纪广泛的使用蒸汽机是第一次工世纪广泛的使用蒸汽机是第一次工业革命的主要标志，业革命的主要标志，正是在蒸汽机不断改进和完善的经验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热力学又促进了蒸汽机和其他热机技术的发展。发展。蒸汽机之功蒸汽机之功 不可没！不可没！1681 1681年法国人年法国人D.PapinD.Papin发明巴本锅，发明巴本锅，16951695第一个发明第一个发明蒸汽机，但操作不便，不安全。蒸汽机，但操作不便，不安全。制造出在矿井内抽水的蒸汽泵

16、的塞维利制造出在矿井内抽水的蒸汽泵的塞维利T.SaveryT.Savery17051705年，钮科门年，钮科门T.NewcomonT.Newcomon改进蒸汽泵为新改进蒸汽泵为新蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失蒸汽机，有一定实用价值，但用水冷却气缸，能量损失很大（很大（17121712）3%;17631763年，英国技工瓦特年，英国技工瓦特James Watt(1736-1819)改进改进了钮科门机，加了冷凝器，使机器运作由断续变连续，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，从而蒸汽机的使用价值大大提高，5%-8%；同时他还；同时他还引进了

17、一个功的单位引进了一个功的单位Horse power(735W);1807年，热机被美国人富尔顿应用于轮船年，热机被美国人富尔顿应用于轮船.1785年，热机被应用于纺织。年，热机被应用于纺织。1823年被用于火车和铁路。年被用于火车和铁路。*蒸汽机的工作过程蒸汽机的工作过程 图所示为简单的活塞式蒸汽机的流程图。图所示为简单的活塞式蒸汽机的流程图。C 高温热源高温热源E 低温热源低温热源D 汽缸汽缸1Q2Q工工作物作物质质在在高温热源高温热源处吸收热量增加内能，其中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能增量则以传热方式向低温热源低温热源释放，工质又回释放，工质又回到原来的状态！到原来的状态！21QQ 结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best,Failure Is Great,So DonT Give Up,Stick To The End谢谢大家荣幸这一路，与你同行ItS An Honor To Walk With You All The Way演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日