第四章 热力学第必定律[宝典].ppt

第四章热力学第一定律
First law of thermodynamics
第一章:平衡态、描述平衡态的状态方程、状态参量、温度及物质微观模型。
第二、三章:气体分子动力学平衡态、非平衡态理论。
第四、五章:热力学系统状态发生变化时,所遵循的普遍规律。
本章目的:将主要介绍热物理学的宏观描述——热力学第一、第二定律。
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热力学第一定律产生的历史背景17世纪末,惠更斯研制***爆炸的燃气,推动活塞在缸筒中运动。1783年,瓦特为了确定它的蒸汽机的性能,提出“马力”这个概念。1802年,特里维西克(Richard Trevithick)制成“高压蒸汽机”。19世纪20年代初,卡诺深入研究蒸汽机原理,从热质说的观念探讨热与热机作功和热效率。1834年,克拉佩隆运用彭西列提出的功概念表示卡诺所说的动力,把卡诺的理想热机可逆循环过程中热与功的关系,绘成两个绝热过程和两个定温过程形成的封闭热功可逆循环曲线,即后来所说的示功图,因而形成理想热机的热功可逆循环。
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1842年,德国医生罗伯特·迈尔Robert Mager,发表的第一篇论文中提到计算热功当量的原理和结果。 1842—1848年,热功当量值J=。在 Joule之前一年,比正确值小。在1840年, Mager作为随船医生到了爪哇,抽血时,他发现人在热带地区,静脉血的颜色发红,也就是说,天气炎热时,人体消耗的氧气较少(因为维持体温消耗的能量少),根据这一观察结果,加以实践总结,推导出能量守恒定律,他的论文发表之后没有引起物理学界的重视。     1843年,焦耳宣读第一次发表热功当量实验结果的论文。英国物理学家焦耳的实验工作发表之后,他用各种各样的实验证明了热功等当,热和功是能量转交换和传递的两种方式,Joule的实验得出了热功当量1cal=。
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热力学第一定律有很多种表述方式。热力学第一定律的发现,是在当时工程技术的迫切需要下出现的。在1798—1849年间热动说取代了热质说和热功当量的发现与精确确定的基础上,由于研究热机原理和能量转化守恒关系的迫切需要,在理论和实践条件基本成熟后,应运而生。
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§ 热力学过程
§ 准静态过程(quasistatic process)
1、热力学过程:当热力学系统的状态随时间变化时,系统所
经历的过程。
2、非静态过程:当外界条件变化时,系统的平衡态必被破坏;当系统由平衡态开始变化,状态变化过程的任一时刻,系统的状态不是平衡态,如果在过程中,系统必然要经过一系列的非平衡态,这个过程就是非平衡态过程。
这种不能确切地描述的非平衡态的变化过程常以一条随意画的虚线表示(如图中的线段i-B-f)。
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热力学的非平衡态过程
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3、准静态过程
准静态过程是一个进行得无限缓慢,以至系统连续不断地经历着一系列平衡态的过程。
一种理想的状态变化过程是,外界的状态参量每次只作一微小变化,只有当系统达到平衡态后,外界才作下一个微小变化,直到系统最后达到终态f(平衡态)。在状态图上表示就是如图中从i-A-f这一系列点所联结成的实线。如图。
⑴准静态过程是一种理想过程。
准静态过程是不可能达到的理想过程,但我们可尽量趋近它。对通常的实际过程而言,我们只要求准静态过程的状态变化是足够缓慢即行,而缓慢是否足够的标准是驰豫时间。
下面举一例说明非准静态过程与准静态过程的区别。例1:
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、截面积为A 的气缸中。
(I)→(Ⅱ)的过程为非准静态过程。当全部砝码水平地移到右边搁板上,由于活塞上方所施力突然减少一定数值,活塞将迅速推向上,经过很多次振动后活塞稳定在某一高度。
从(I)出发,每次仅水平移走一个质量同为m 的小砝码,每次都要等到缓慢上升的活塞稳定在新平衡位置以后,