第八章热力学定律.docx

《第八章热力学定律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第八章热力学定律.docx（6页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、第八章热力学定律为了利用蕴藏在物体内部的能量，首先是与分子热运动相联系的能量，使它们转化为机械能，开动发电机和其他各式各样的机器，开动汽车、轮船、飞机，就需要将研究热量和内能的热学与研究做功和机械能的力学相结合，形成了热力学，以便探究内能和机械能之间的转化规律。热力学最基本的定律是热力学第一定律和热力学第二定律(或烯增加原理)，前者是能量的法则，实际中，只有总能量不变的过程才是可能发生的过程；后者是端的法则，总能量不变的过程不一定都能够发生，只有当总能量保持不变，同时总燃增加的过程才可能发生。人们利用这些法则，就能更自觉地理解和把握能量转化的规律，更加合理而有效地开发、利用蕴藏在物体内部的能量

2、。A热力学第一定律你看到过这样的表演吗？如图所示，在用台钳固定的薄铜管A中注入少量乙酸，盖紧橡皮塞B,然后在铜管下部绕一根绳子C,用双手来回抽动绳子，使绳子与管壁摩擦。不一会，就会听到“喘”的一声，橡皮塞飞了出去。这里有摩擦力做功生热的问题，有热传递问题，有内能变化问题，还有气体做功问题。本节将要讨论做功、传热与内能变化之间存在的一个最普遍的定量关系，这个关系将力学和热学联系了起来。在这个规律的指引下，科学家和工程师有了许许多多新的发明和新的创造，将人类社会从马车和帆船时代推进到蒸汽机、内燃机、喷气发动机、汽轮机、火箭发动机的时代。(c)喷气发动机示意图(d)300OOOkW汽轮机大家谈在上图

3、所示的实验中，发生了怎样的能量转化过程。热和功之间的转化并不是直接进行的，其间必须经过某个物体或系统（如一定质量的气体）的内能的变化。例如上图的实验中，对于铜管来说，一方面绳子对它摩擦而做功，一方面铜管又对管内乙醛传递热量，在此功转化为热的过程中，铜管的内能有变化。同样，对于管内的乙醛来说，它一方面接受铜管传来的热量，一方面又对橡皮塞做功，在此热转化为功的过程中，管内乙醛的内能也有变化。上述简单实验所揭示的热、功和内能之间的转化广泛存在于蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭发动机，以及空调、冰箱、压缩机、抽气机等等统称为“热机”的工作过程中。从基础型物理课程中已经知道，做功和热传递是改变物

4、体或系统（如汽缸中的气体）内能的两条途经。那么我们要问：在这种热力学过程中，这些量之间存在怎样的定量关系？设Ui、Uf,分别表示系统状态变化前、后的内能；在变化过程中，系统从外界吸收的热量为外界对系统所做的功为卬，则大量实验表明，它们之间满足如下普遍关系：AU=Q+W,其中AU=S-Ui是系统变化前后其内能的增量。这个关系式称为热力学第一定律.它表明：一个系统内能的增量等于它从外界吸收的热量与外界对它所做的功之和。它是自然界中的一切变化过程应当满足的一个普遍规律。点击本教材中，热力学第一定律表达式中三个物理量的正负号规定如下：系统吸热，Q0；系统放热，QV0。外界对系统做功，W0；系统对外界做

5、功，WVoo系统的内能增加，MJ0；系统的内能减少，（0(b)等压膨胀过程，外界对气体做负功，W=p(Vi-V2)0图84【示例2一定质量的理想气体在压强P不变的条件下，它的体积从%膨胀到上，此过程的P-V图如图8-4(b)所示。问此过程中气体与外界是否交换了热？是气体从外界吸收了热量，还是放出了热量？【分析】为了考察理想气体在等压过程中与外界交换热量的情况，根据热力学第一定律AU=Q+W,需知道系统与外界交换功的情况以及系统内能的变化情况。前者可通过关系式W=PAI/来考察；后者可利用理想气体状态方程，由Py的变化了解温度T的变化，从而了解系统内能的变化。【解答】气体在等压膨胀的过程中体积的改变量是AV=1-1,所以外界对系统做的功为W=p(Vi-VS)0在等压膨胀过程中，V1VV2，因此外界对系统做的功W=P(V1-V2)=p(V2-Vi),所以2io这表明气体在等压膨胀过程中温度增加，因此内能有增加，即t0o再由热力学第一定律可知可见，一定质量理想气体在等压膨胀过程中必须从外界吸收热量。【讨论】等压膨胀过程是一种吸热过程，此过程中系统从外界吸收热量，并将这些热量部分转化为向外输出的功，部分转化为气体的内能。用同样的方法还可考察等压压缩过程。自主话动功的数值等于过程的P-V图线和V轴所围面积这个结论对于P不是恒定的过程，例如下图所示的等温过程，是否依然成立？说明之。