(11)熱力學第一、第二定律(專業版)

　　

【正文】 第十一講 熱力學第一、第二定律 綜合例題 引言 一、熱力學過程 二、熱力學第一定律 一、熱力學第二定律內容表述 例 1 例 2 例 3 例 4 例 5 例 6 Ⅰ 、熱力學第一定律 Ⅱ 、熱力學第二定律 三、氣體作功的計算 基本知識與方法 四、理想氣體的內能 五、吸（放）熱量的計算 六、理想氣體在特殊過程中的 W外 、 Q吸 、 ΔU 的關系 七、熱機工作過程及卡諾循環 例 7 二、熱力學第二定律的實質 例 8 例 9 引 言 一、能量轉化與守恒是最普遍的自然規律 . 在涉及內能變化、溫度變化的熱力學過程 中，這一普遍規律是通過熱力學第一定律來反映的 . 即是說，對于一個實際能夠發生 的熱學過程，熱力學第一定律便從能量角度去描述該過程中涉及的種種能量的變化間 的關系 . 二、但一個熱力學過程能不能發生，在什么條件下發生，沿什么方向進行，這是熱力學 第一定律不回答也不能回答的 . 0v?T0v0T摩擦 過 程 機 械能 轉 化 為 內 能 其相反的過程中能不 能發生，需要滿足什么條件 ？這些問題便由熱力學第二 定律來予以回答 . A B+BA +AB兩 種 氣 體 的 擴 散混 合1T2TQ?TT熱 量 從 高 溫 處 向 低 溫 處 傳 遞 比如，如圖所示的自然 界普遍存在的三個過程： Ⅰ 、熱力學第一定律 基本知識與方法 一、熱力學過程 系統的熱平衡狀態隨時間變化時，則稱系統經歷了一個熱力學過程 這是在自然界普遍的實際存在的過程 . 例如 111PVT、 221PVT、取掉砝碼后 氣體經歷的 過程 T2熱 源111PTV、 122PTV、T2熱 源氣體與高溫 熱源接觸后 經歷的過程 靜態過程 系統在所經歷的熱力學過程中任何時刻均處于平衡狀態 . 1何謂靜態過程： 這是一種理想的過程，實際上是不存在的 . 1特點： 非靜態過程 2何謂非靜態過程： 在系統由一個狀態變化到另一個狀態時，系統所經歷的是由一系列的非平衡狀態所 構成的過程 . 靜態過程 非靜態過程 準靜態過程 準靜態過程 （ 1）系統從失去平衡到達成新的平衡，將經歷很復雜的馳豫過程 . 這一過程的歷時 稱為馳豫時間 . 2非靜態過程的特點： （ 2）非靜態過程在熱學狀態參量圖上無法表示（僅能表示初、末兩平衡態），在 計算這一過程的做功、吸（放）熱時數學處理較為困難 . 3何謂準靜態過程： 111PVT、 11+PVTT?、1 +TT?熱 源122PTV、11+2PVTT?、1 +2TT?熱 源 2T熱 源緩慢地逐 次接觸小 溫差的熱 源 111PVT、 221PVT、緩慢地逐 次移去一 個小量砝 碼 （注意：不同的系統狀態參量的馳豫時間并不相同 . T的馳豫時間往往大于 P的馳豫時間） . 在系統狀態變化的過程中，每一時刻系統都可近似看成平衡態 . 3準靜態過程的特點： （ 1）由持續的微小的變化所構成 . （ 2）每一次微小變化的時間間隔都大于馳豫時間 . 很多實際的非靜態過程都可近似視為準靜態過程 . （ 3）在熱學狀態參量圖上為一曲線 . 以后討論的各種熱學過程除特別聲明外均視為準 靜態過程，而且一般也視為 無摩擦的準靜態過程 . 二、熱力學第一定律內容 系統在一個熱力學過程中，若既有外界對系統做功 W外 ，又有外界向系統傳熱（即 系統從外界吸熱） Q吸 ，則系統內能的增量為 +U W Q?? 吸外對 W外 、 Q吸 、 ΔU的正負號的說明： 直接用 BAd W F d x W F d x? ? ? ??、計算氣體體積變化時的 做功方便嗎 ？ +U W Q?? 吸外對 W外 、 Q吸 、 ΔU的正負號的說明： （ 1） W外 、 Q吸 均可正可負， W外 為負時，實際上系統對外界做正功， Q吸 為負時， 實際上是系統向外界傳熱（即系統放熱） .