2.2热力学第1定律对理想气体的应用
§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用
2．2．1、等容过程
气体等容变化时,有=T P 恒量,而且外界对气体做功0=?-=V p W ，根据热力
学第一定律有△E=Q ，在等容过程中,气体吸收的热量全部用于增加内能,温度升高；反之,气体放出的热量是以减小内能为代价的,温度降低，
p V i T C n E Q V ???=??=?=2
式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(，
2．2．1、等压过程
气体在等压过程中,有=T V 恒量,如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自由
移动，
根据热力学第一定律可知：气体等压膨胀时,从外界吸收的热量Q ,一部分用来增加内能,温度升高,另一部分用于对外作功；气体等压压缩时,外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能,都转化为向外放出的热量，且有
T nR V p W ?-=?-=
T nC Q p ?=
V p i T nC E v ??=?=?2
定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=，该式表明：
1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J,这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故，
2．2．3、等温过程
气体在等温过程中,有pV =恒量，例如,气体在恒温装置内或者与大热源想接
触时所发生的变化，
理想气体的内能只与温度有关,所以理想气体在等温过程中内能不变,即△E =0,因此有Q=-W ，即气体作等温膨胀,压强减小,吸收的热量完全用来对外界做功；气体作等温压缩,压强增大,外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量，
2．2．4、绝热过程
气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程,即Q=0，例如用隔热良好的材料把容器包起来,或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换,这些都可视作绝热过程，
理想气体发生绝热变化时,p 、V 、T 三量会同时发生变化,仍遵循=T pV 恒量，
根据热力学第一定律,因Q=0,有
)(21122V p V p i T nC E W v -=?=?=
这表明气体被绝热压缩时,外界所作的功全部用来增加气体内能,体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时,气体对外做功是以减小内能为代价的,此时体积变大、温度降低、压强减小，气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法，
例：0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃，若在升温过程中,①体积保持不变,②压强保持不变；③不与外界交换热量，试分别求出气体内能的增量,吸收的热量,外界对气体做的功，
气体的内能是个状态量,且仅是温度的函数，在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为：
J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?
① 等容过程中 0=W ,J E Q 623=?=
② 在等压过程中 T R C n T nC Q V P ?+=?=)(
J 310039.11031.85.25?=???=
J Q E W 416-=-?=
③ 在绝热过程中 0=Q ,J E W 623=?=
1mol 温度为27℃的氦气,以1100-?s m 的定向速度注入体积为15L 的真空容器中,容器四周绝热，求平衡后的气体压强，
平衡后的气体压强包括两部分：其一是温度27℃,体积15L 的2mol 氦气的压强0p ；其二是定向运动转向为热运动使气体温度升高△T 所导致的附加压强△p ，即有
V T R n T V R n p p p ??+?=?+=00
氦气定向运动的动能完全转化为气体内能的增量：
T R n mv ??=23212 ∴
V v M V RT n p 32
0+?=a a P P 535103.3)107.1103.3(?≈?+?= 2．2．5、其他过程
理想气体的其他过程,可以灵活地运用下列关系处理问题，
气态方程： nRT pV =
热力学第一定律： T nC Q W E V ??=+=? 功：W=±(ρ-V 图中过程曲线下面积)
过程方程：由过程曲线的几何关系找出过程的P ～V 关系式，若某理想气体经历V-T 图中的双曲线过程,其过程方程为：
VT=C 或者
C pV =2
2．2．6、绝热过程的方程
绝热过程的状态方程是
u u V P V P 211= 其中 v p C C u /=
2．2．7、循环过程
系统由某一状态出发,经历一系列过程又回到原来状态的过程,称为循环过程，热机循环过程在P-V 图上是一根顺时针绕向的闭合曲线(如图2-2-1)，系统经过循环过程回到原来状态,因此△E=0，
由图可见,在ABC 过程中,系统对外界作正
功,在CDA 过程中,外界对系统作正功，在热机
循环中,系统对外界所作的总功： ='W (P-V 图中循环曲线所包围的面积)而
且由热力学第一定律可知：在整个循环中系统绕从外界吸收的热量总和1Q ,必然大于放出的热量总和2Q ,而且
W Q Q '=-21
热机效率表示吸收来的热量有多少转化为有用的功,是热机性能的重要标志之一,效率的定义为
12
11Q Q Q W -='=η＜1
例1一台四冲程内燃机的压缩比r =9.5,热机抽出的空气和气体燃料的温度为
27℃,在larm=KPa 310压强下的体积为0V ,如图2-2-2所示,从1→2是绝热压缩过
程；2→3混合气体燃爆,压强加倍；从3→4活塞外推,气体绝热膨胀至体积05.9V ；这是排气阀门打开,压强回到初始值larm(压缩比是气缸最大与最小体积比,γ是比热容比)，(1)确定状态1、2、3、4的压强和温度；(2)求此循环的热效率，
图2-2-1
分析：本题为实际热机的等容加热循环——奥托循环，其热效率取决于压缩比，
解：对于绝热过程,有='V p 恒量,结合状态方程,有1-r TV
恒量，
(1)状态1,atm p 11=,K T 3001= 101102)(--=γγrV T V T
得 K T 3.738461.23002=?=,atm p 38.232=
在状态3,atm p p 76.46223==,K T T 6.1476223==
用绝热过程计算状态4,由 1
03104)(--=γγγV T V T 得 K T 6004=,atm p 24=，
(2)热效率公式中商的分母是2→3过程中的吸热,这热量是在这一过程中燃烧燃料所获得的，因为在这一过程中体积不变,不做功,所以吸收的热量等于气体内能的增加,即)(23T T m C V -,转化为功的有用能量是2→3过程吸热与4→1过程放热之差：
)()(1413T T m C T T m C V V -+-
热效率为：
23142342311)()(T T T T T T m C T T T T m C V V --+=---+=η
绝热过程有：
133144--=γγV T V T ,122111--=γγV T V T 因为 14V V =,32V V = 故 2314T T T T =,211T T -=η, 而 γ
γγ---===1111221)1()(r r V V T T
因此 γη--=11r ，
00 图2-2-2
热效率只依赖于压缩比,η=59.34%,实际效率只是上述结果的一半稍大些,因为大量的热量耗散了,没有参与循环，
2.2热力学第一定律对理想气体的应用
§2.2 热力学第一定律对理想气体的应用 2．2．1、等容过程 气体等容变化时，有=T P 恒量，而且外界对气体做功0=?-=V p W 。根据 热力学第一定律有△E=Q 。在等容过程中，气体吸收的热量全部用于增加内能，温度升高；反之，气体放出的热量是以减小内能为代价的，温度降低。 p V i T C n E Q V ???= ??=?=2 式中 R i T E v T Q C V ?=??=?=2)(。 2．2．1、等压过程 气体在等压过程中，有=T V 恒量，如容器中的活塞在大气环境中无摩擦地自 由移动。 根据热力学第一定律可知：气体等压膨胀时，从外界吸收的热量Q ，一部分用来增加内能，温度升高，另一部分用于对外作功；气体等压压缩时，外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能，都转化为向外放出的热量。且有 T nR V p W ?-=?-= T nC Q p ?= V p i T nC E v ??=?=?2 定压摩尔热容量p C 与定容摩尔热容量V C 的关系有R C C v p +=。该式表明：1mol 理想气体等压升高1K 比等容升高1k 要多吸热8.31J ，这是因为1mol 理想气体等压膨胀温度升高1K 时要对外做功8.31J 的缘故。 2．2．3、等温过程 气体在等温过程中，有pV =恒量。例如，气体在恒温装置内或者与大热源想
接触时所发生的变化。 理想气体的内能只与温度有关，所以理想气体在等温过程中内能不变，即△E =0，因此有Q=-W 。即气体作等温膨胀，压强减小，吸收的热量完全用来对外界做功；气体作等温压缩，压强增大，外界的对气体所做的功全部转化为对外放出的热量。 2．2．4、绝热过程 气体始终不与外界交换热量的过程称之为绝热过程，即Q=0。例如用隔热良好的材料把容器包起来，或者由于过程进行得很快来不及和外界发生热交换，这些都可视作绝热过程。 理想气体发生绝热变化时，p 、V 、T 三量会同时发生变化，仍遵循=T pV 恒 量。根据热力学第一定律，因Q=0，有 )(21122V p V p i T nC E W v -=?=?= 这表明气体被绝热压缩时，外界所作的功全部用来增加气体内能，体积变小、温度升高、压强增大；气体绝热膨胀时，气体对外做功是以减小内能为代价的，此时体积变大、温度降低、压强减小。气体绝热膨胀降温是液化气体获得低温的重要方法。 例：0.020kg 的氦气温度由17℃升高到27℃。若在升温过程中，①体积保持不变，②压强保持不变；③不与外界交换热量。试分别求出气体内能的增量，吸收的热量，外界对气体做的功。 气体的内能是个状态量，且仅是温度的函数。在上述三个过程中气体内能的增量是相同的且均为： J T nC E v 6231031.85.15=???=?=?
理想气体基本热力过程要点
理想气体的基本热力过程 热力设备中，热能与机械能的相互转化，通常是通过气态工质的吸热、膨胀、放热、压缩等热力过程来实现的。 实际的热力过程都很复杂，而且几乎都是非平衡、非可逆的过程。但若仔细观察会发现，某些常见过程非常近似一些简单的可逆过程。 常见的主要有四种简单可逆过程-基本热力过程，指系统某一状态参数保持不变的可逆过程。 包括定容过程、定压过程、定温过程和绝热过程。 我们以1kg理想气体的闭口系统为例来分析这几种基本热力过程，分析方法包括5点： （1）依据过程特点建立过程方程式； （2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系，即P1、v1、T1和P2、v2、T2之间的关系； （3）绘制过程曲线； 我们主要绘制两种坐标图P-v图和T-s图，因为P-v图上可以表示过程中做功量的多少，而T-s图上可以表示过程中吸收或放出热量的多少； （4）分析计算△u，△h，△s； （5）分析计算过程的热量q和功w。 一、定容过程 定容过程即工质的容积在整个过程中维持不变，dv=0，通常是一定量的气体在刚性容器中进行定容加热或定容放热。 （1）依据过程特点建立过程方程式 定容过程的特点是体积保持不变，所以建立过程方程式： v=常数； 或dv=0 或v1=v2 （2）由过程方程和理想气体状态方程确定初、终态基本状态参数之间的关系 过程方程式：v1=v2
理想气体状态方程：112212 Pv P v T T = 由以上两个方程可以得到初末基本状态参数之间的关系： 122211 v v P T P T =???=?? 即定容过程中工质的压力与温度成正比。 （3）绘制过程曲线； 定容过程有两种情况：定容加热和定容放热。 （4）分析计算△u ，△h ，△s ； 2211 v v u u u c dT c T ?=-==?? 2 211p p h h h c dT c T ?=-==?? 222111 ln ln ln p v v v P P s c c c v P P ?=+=或222111ln ln ln v v T v T s c R c T v T ?=+= （5）分析计算过程的热量q 和功w 。 容积变化功：2 10w Pdv ==? 根据q=△u+w 可得： v q u c T =?=? 总结：定容过程中系统与外界无容积变化功，加给工质的热量全部用于增加工质的热力学能，而没有热能与机械能的转化。
气体实验定律及应用答案
第2节 气体实验定律及应用 知识梳理 一、气体分子运动速率的统计分布 气体实验定律 理想气体 1．气体分子运动的特点 (1)分子很小，间距很大，除碰撞外不受力． (2)气体分子向各个方向运动的气体分子数目都相等． (3)分子做无规则运动，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布． (4)温度一定时，某种气体分子的速率分布是确定的，温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子的平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大． 2．气体的三个状态参量 (1)体积；(2)压强；(3)温度． 3．气体的压强 (1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力． (2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力．公式：p ＝F S . (3)常用单位及换算关系： ①国际单位：帕斯卡，符号：Pa,1 Pa ＝1 N/m 2. ②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)． ③换算关系：1 atm ＝76 cmHg ＝1.013×105 Pa ≈1.0×105 Pa. 4．气体实验定律 (1)等温变化——玻意耳定律： ①内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V 成反比． ②公式：p 1V 1＝p 2V 2或pV ＝C (常量)． (2)查理定律： ①内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p 与热力学温度T 成正比． ②公式：p 1p 2＝T 1T 2或p T ＝C (常量)． ③推论式：Δp ＝p 1 T 1 ·ΔT . (3)等压变化——盖—吕萨克定律： ①内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比． ②公式：V 1V 2＝T 1T 2或V T ＝C (常量)． ③推论式：ΔV ＝V 1 T 1 ·ΔT . 5．理想气体状态方程 (1)理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体． ①理想气体是一种经科学的抽象而建立的理想化模型，实际上不存在． ②理想气体不考虑分子间相互作用的分子力，不存在分子势能，内能取决于温度，与体积无关． ③实际气体特别是那些不易液化的气体在压强不太大，温度不太低时都可看作理想气体． (2)一定质量的理想气体状态方程： p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2或pV T ＝C (常量)． 典例突破 考点一 气体压强的产生与计算 1．产生的原因：由于大量分子无规则地运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强． 2．决定因素 (1)宏观上：决定于气体的温度和体积． (2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度． 3．平衡状态下气体压强的求法 (1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程．求得气体的压强． (2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强． (3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等． 4．加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解． 例1．如图中两个汽缸质量均为M ，内部横截面积均为S ，两个活塞的质量均为m ，左边的汽缸静止在水平面上，右边的活塞和汽缸竖直悬挂在天花板下．两个汽缸内分别封闭有一定质量的空气A 、B ，大气压为p 0，求封闭气体A 、B 的压强各多大？ 解析：题图甲中选m 为研究对象． p A S ＝p 0S ＋mg 得p A ＝p 0＋mg S 题图乙中选M 为研究对象得p B ＝p 0－Mg S . 答案：p 0＋mg S p 0－Mg S 例2 ．若已知大气压强为p 0，在下图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强． 解析：在甲图中，以高为h 的液柱为研究对象，由二力平衡知p 气S ＝－ρghS ＋p 0S
热力学第二定律的发展与应用
浅论热力学第二定律的发展与应用
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
热工学课程论文 题目浅论热力学第二定律的发展与应用 学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化 年级2012级 学号 姓名 指导教师 成绩 2014年12 月
目录 摘要 (5) 1 前言 (5) 2 热力学第二定律的建立及其发展 (5) 2.1 热力学第二定律建立的历史过程 (5) 2.2 热力学第二定律的实质 (6) 2.2.1可逆过程与不可逆过程 (6) 2.2.2开氏与克氏的两种表述 (6) 2.3 热力学第二定律的含义 (7) 3 热力学第二定律的应用 (7) 3.1 通过熵增原理，理解能源危机 (7) 3.2 理解时间的流逝 (8) 3.3 黑洞温度的发现 (8) 3.4 形成宇宙的耗散结构理论 (9) 4 总结 (9) 参考文献: (9)
浅论热力学第二定律的发展与应用 xxx xxx 西南大学工程技术学院 2012级机械设计制造及其自动化1班 摘要:热力学第二定律是热力学的基本定律之一，是指热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体或者说不可能制造出只从一个热源取得热量，使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。本文综述了该定律的提出、演变历程、并介绍了它在工农业生产和生活中的应用。 关键词:热力学第二定律演变历程应用 1 前言 热力学第二定律，不仅决定了能量转移的方向问题，对信息技术，生命科学以及人文科学的发展都起到了非常重要的作用，应用极其广泛。热力学第二定律对新世纪的科学技术乃至整个社会的发展都产生重要影响。 2 热力学第二定律的建立及其发展 2.1 热力学第二定律建立的历史过程 19世纪初，巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下，逐步
热力学第二定律复习题
热力学第二定律 （r δ/0Q T =∑）→熵函数引出 0< (不可能发生的过程) 0= (可逆过程) 0>(自发、不可逆过程) S ?环) I R ηη≤ 不等式：) 0A B i A B S →→?≥ 函数G 和Helmholtz 函数A 的目的 A U TS ≡-，G H TS ≡- d d d d d d d d T S p V T S V p S T p V S T V p -+---+ W ' =0，组成恒定封闭系统的 可逆和不可逆过程。但积分时 要用可逆途径的V ~p 或T ~S 间 的函数关系。 应用条件： V )S =-(?p /?S )V , (?T /?p )S =(?V /?S )p V )T =(?p /?T )V , (?S /?p )T =-(?V /?T )p 应用：用易于测量的量表示不 能直接测量的量，常用于热力 学关系式的推导和证明 <0 (自发过程) =0 (平衡(可逆)过程) 判据△A T ，V ，W ’=0 判据△G T ，p ，W ’=0 <0 (自发过程) =0 (平衡(可逆)过程)
基本计算公式 /()/ r S Q T dU W T δδ ?==- ??, △S环=-Q体/T环△A=△U-△(TS) ，d A=-S d T-p d V △G=△H-△(TS) ，d G=-S d T-V d p 不同变化过程△S、△A、△G 的计算简单pVT 变化(常压 下) 凝聚相及 实际气体 恒温：△S =-Q r/T；△A T≈0 ，△G T≈V△p≈0(仅对凝聚相) △A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS); △A≈△G 恒压变温 2 1 , (/) T p m T S nC T dT ?=?nC p,m ln(T2/T1) C p,m=常数 恒容变温 2 1 , (/) T V m T S nC T dT ?=?nC V,m ln(T2/T1) C V,m=常数 △A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS); △A≈△G 理想气体 △A、△G 的计算 恒温:△A T=△G T=nRT ln(p2/p1)=- nRT ln(V2/V1) 变温：△A=△U-△(TS),△G=△H-△(TS) 计算△S△S=nC V,m ln(T2/T1)+nR ln(V2/V1) = nC p,m ln(T2/T1)-nR ln(p2/p1) = nC V,m ln(p2/p1)+ nC p,m ln(V2/V1) 纯物质两 相平衡时 T~p关系g?l或s两相 平衡时T~p关系 任意两相平衡T~p关系： m m d/d/ p T T V H ββ αα =??(Clapeyron方程) 微分式：vap m 2 d ln d H p T RT ? =(C-C方程) 定积分式：ln(p2/p1)=-△vap H m/R(1/T2-1/T1) 不定积分式：ln p=-△vap H m/RT+C 恒压相变化 不可逆：设计始、末态相同的可逆过程计 S=△H/T；△G=0；△A ≈0（凝聚态间相变） =-△n(g)RT (g?l或s) 化学 变化 标准摩尔生成Gibbs函数 r m,B G ?定义 r m B m,B B S S ν ?=∑，r m B f m,B B H H ν ?=? ∑， r m r m r m G H T S ?=?-?或 r m B f m,B G G ν ?=? ∑ G-H方程 (?△G/?T)p=(△G-△H)/T或[?(△G/T)/?T]p=-△H/T2 (?△A/?T)V=(△A-△U)/T或[?(△A/T)/?T]V=-△U/T2 积分式：2 r m0 ()//ln1/21/6 G T T H T IR a T bT cT ?=?+-?-?-? 应用：利用G-H方程的积分式，可通过已知T1时的△G(T1)或 △A(T1)求T2时的△G(T2)或△A(T2) 微分式 热力学第三定律及其物理意义 规定熵、标准摩尔熵定义 任一物质标准摩尔熵的计算
人教版—牛顿第一定律教学设计
高中物理必修一?牛顿第一定律教学设计 （一）教学任务分析 1.内容分析： 牛顿第一定律揭示了力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因，推翻了亚里士多德的错误观点，改变了人类的自然观和世界观，为进一步探究力和运动之间的定量关系指明了方向，以此为基础建立了牛顿第二定律。它是在真实实验的基础上，利用理想化方法建立起来的。并且，牛顿第一定律揭示了物体存在惯性、确立了惯性参考系，所以，牛顿第一定律被称为牛顿力学的基石、力学的第一原理。在牛顿第一定律的建立过程中使用的理想化方法，伽利略、牛顿等科学家自身的创造性思维品质以及敢于质疑、坚持真理的科学精神，对学生能力和德育的发展具有重要作用。 2.高中物理课程标准的要求： 课程标准中要求“理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生活中的有关问题”。在本内容标准条目中要求学生理解牛顿运动定律，包含牛顿第一、二、三定律的理解。与初中课程标准中的“2.2.5通过实验，认识牛顿第一定律。能用物体的惯性解释生活和自然中的有关现象”要求比较可知，知识的要求由初中的“认识”提高到了高中的“理解”。说明高中的教学应加深学生的理解、拓宽学生的知识和能力。 3.教材分析： 人教版教材中，牛顿第一定律的前面安排的“运动的描述”“匀变速直线运动的研究”“相互作用”等3章内容，为本节内容的学习奠定了基础；本节内容后面紧跟着安排了“实验：探究加速度与力、质量的关系”“牛顿第二定律”，这样有利于学生加深对牛顿第一定律的理解。 因此，牛顿第一定律是力学教学的重点内容。 （二）学情分析 在初中阶段的学习中，除了“惯性与质量”这一问题没有专门涉及外，学生关于本节其他的知识都有了大致地了解。但是大多数学生只知道亚里士多德的观点是错误的；只知道伽利略是通过一个理想实验得出的牛顿第一定律。同时，经过初中阶段的学习与日常生活经验的积累，学生头脑中，也形成了一些错误的前概念，例如，“物体受到了惯性作用”“产生了惯性”“受到惯性力”等。高中阶段的学习，应该在学生已有认识的基础上，纠正学生头脑中这些片面、不恰当的认识，进一步深化和提高对相关问题的认识。 因此，正确形成惯性概念是教学的难点。 （三）教学目标及重难点 1.了解牛顿第一定律建立的历史过程。 2.理解牛顿第一定律（惯性定律）与惯性。 3.知道质量是惯性的唯一度量，质量越大，惯性越大。 4.能举例说明一切物体具有惯性。
热力学第二定律的发展与应用
热力学第二定律的发展和应用 引言：热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它广泛地应用于各个学科、生活领域。本文回顾了其建立的历史背景及经过，它的准确的表述和含义，及它的一些应用。 一、热力学第二定律的建立和表述 在生产实践中, 法国人巴本发明了第一部蒸汽机, 其后经瓦特改进的蒸汽 机在 19 世纪得到了广泛应用,随着蒸汽机在工业生产中起着愈来愈重要的作用，但是关于蒸汽机的理论却并未形成。人们在摸索和试验中不断改进着蒸汽机，经过大量的失败和挫折虽然一定程度地提高了机械效率，但人们始终不明白提高热机效率的关键是什么，以及效率的提高有没有界限．如果有，这个界限的值有多大……这些问题成为当时生产领域中的重要课题。 19 世纪 20 年代, 法国陆军工程师卡诺( S. Car not , 1796～1832) 从理论上研究了热机的效率问题。他在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”，找到了提高热机效率的根本途径。但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。19 世纪50 年代，威廉?汤姆逊( William Thomson , 1824～1907) ( 即开尔文勋爵) 第一次读到了克拉珀龙的文章, 对卡诺的理论留 下了深刻的印象。汤姆逊注意到焦耳热功当量实验的结果和卡诺建立的热机理论之间有矛盾，焦耳的工作表明机械能转化为热，而卡诺的热机理论则认为热在蒸汽机里并不转化为机械能。本来汤姆逊有可能立即从卡诺定理建立热力学第二定律，但由于他也没有摆脱热质说的羁绊。错过了首先发现热力学第二定律的机会。 就在汤姆逊遇到研究瓶颈之际，克劳修斯于1850年率先发表“论热的动力及能由此推出的关于热本性的定律”，“热动说”重新审查了卡诺的工作，考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实，得出了热力学第二定律的初次表述。后来历经多次简练和修改，逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”——热量可以自发地从较热物体传递至较冷物体，但不能自发地较冷物体传递至较热物体，即在自然条件下这个转变过程是不可逆的，要使热传递方向倒转，只有靠消耗功来实现。与此同时，开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述，后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述”——不可能从单一热源吸取热量使之完全转变为功而
人教版《牛顿第一定律》教学设计
八下 第八章 牛顿第一定律教学设计 增城中学初中部 江永业 【学习目标】 1．分析生活现象，了解阻力对物体运动速度的影响． 2．知道牛顿第一定律的内容，初步理解力和运动的关系． 【教学重点】探究阻力对物体运动的影响，初步理解牛顿第一运动定律。 【教学难点】建立牛顿第一定律的科学推理过程。 【教学方法】独立思考，互动交流。 【教学资源】黑板、多媒体、斜面木板、报纸、毛巾、小球、相机等。 【教学过程】 1）用脚蹬地启动滑板车时，滑板车的速度______________（选填“变大、变小 或不变”），该过程滑板车__________（选填“受力或不受力”）。 2）沿水平方向滑行中的滑板车，如果我们不再蹬地，它最终会停下来，该过程中滑板车的速度________（选填“变大、变小或不变”），该过程滑板车__________（选填“受力或不受力”）。 滑板车运动状态的改变是由于__________。 沿水平方向滑行中的滑板车，如果是在光滑的冰 提供实验情境，用培探学生阅读书本P17演示，思考实验设计和操作要求。 观看一次小球从斜面下滑到毛巾表面的过程。思考谁运动，谁受阻力，谁施加阻力。 需要改变的因素是______________，如何改变它的大小？_____________________。 需要控制不变的因素是______________，如何控制？_________________________。 如上图，通过观察什么现象来判断小球运动快慢的变化?______________________。 观看视频：频闪的落球。
引导 项 得 汇报展示：一位学生辅助释放小球，老师负责用动态镜头motion shot 拍摄（如下图）。 学生得出结论：水平面越光滑，运动小球受到的阻力越小，向前运动距离越远，速度减小得越慢。 引导学生开展推理，一 并作初步 阅读书本P17牛顿第一定律，完成下列问题。 推理：如果水平面上运动的物体不受阻力，那么物体运动的速度将____(选填“变小、 变大、或不变”)，即做_________________运动。 牛顿第一定律内容：一切物体在__________的作用时，总保持__________状态或_____________状态。 理解：牛顿第一定律表达的“力和运动的关系” 1、物体不受力：运动状态不改变，即保持_____________状态或__________________状态。 2、原来静止的物体如果突然不受力，将会___________________，原来运动的物体如果突然不受力，将会_________________________。
关于热力学第二定律在生活中的应用
热力学第二定律在生活中的应用 摘要：热力学第二定律作为判定与热现象有关的物理过程进行方向的定律，是物理热学中的一个重要部分。本文分析了热力学第二定律的涵义以及意义，并阐述了它在当今社会的一些应用。 关键词：热力学第二定律；物理过程；应用 引言： 热力学第二定律，不仅决定了能量转移的方向问题，对信息技术，生命科学以及人文科学的发展都起到了非常重要的作用，应用极其广泛。热力学第二定律对新世纪的科学技术乃至整个社会的发展都产生重要影响。 １ 热力学第二定律内涵 德国物理学家克劳修斯，在研究和明卡诺定理时， 根据热传导这个不可逆程， 对规律性的内涵提出了一种说法， 这后来被称为热力学第二定律的克劳修斯法： 热可以自发地由高温物体传到低温体， 但不可能由低温物体传到高温物体而引起其它变化。不能简单把克劳修斯说法理解成热不能由低温物传到高温物体，而是在不允许引起其变化和条件下，热不能由低温物体传到高物体，如若允许引起其它变化和话，热是可以由低温物体传到高温物体的。 开尔文是从机械能和内能之间相互转化时具有向性的角度来表述的。通过一定装置，机能可以全部转化成内能。但是，内能却不自发地完全转化成机械能。要实现内能全转化成机械能，必须借助其他物理变化机械能和内能之间的转化是具有方向性的此种表述也包含两层含义，即若从单一源吸收热量，并把它完全用来做功，同时不允许产生其他变化，则这种热力学过程不可能发生的；若允许产生其他变化，则单一热源吸收热量，并把它全部用来做功这种热力学过程是有可能发生的。 热力学第二定律指出了其不可逆过的单向性， 从热力学第二定律的这些表述发， 能够找到一个表征不可逆过程单向性物理量，利用它能够把热力学第二定律用为普遍的形式表示出来。克劳修斯定义一个态函数，认为自发过程的不可逆性决定于过程进行的过程或路径， 而是决定系统的初始状态和最终状态，称之为“熵用 Ｓ 表示从一个状态 Ａ 到一个状态 Ｂ 。 Ｓ 的变化定义为： A B S S -=?A B T dQ / (1) 对无限小过程ds = dq/T 。这样热力学第二律表示为： ds ≥ dq/T 在孤立系统中，任何变化不可能导致熵的问题减小，即ds ≥0。 如果变化过程是可逆的则 ds=0 ，总之熵是有增无减。 2、热力学第二定律的应用 ２.1通过熵增原理，理解能源危机
运用气体定律解决变质量问题的几种方法
运用气体定律解决变质量问题的几种方法 解变质量问题是气体定律教学中的一个难点，气体定律的适用条件是气体质量不变，所以在解决这一类问题中就要设法将变质量转化为定质量处理。常用的解题方法如下。 一、等效的方法 在充气、抽气的问题中可以假设把充进或抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。 1.充气中的变质量问题 设想将充进容器内的气体用一根无形的弹性口袋收集起来，那么当我们取容器和口袋内的全部气体为研究对象时，这些气体状态不管怎样变化，其质量总是不变的．这样，我们就将变质量的问题转化成质量一定的问题了． 例1．一个篮球的容积是2.5L ，用打气筒给篮球打气时，每次把510Pa 的空气打进去3125cm 。如果在打气前篮球里的空气压强也是510Pa ，那么打30次以后篮球内的空气压强是多少Pa ？（设在打气过程中气体温度不变） 解析： 由于每打一次气，总是把V ?体积，相等质量、压强为0p 的空气压到容积为0V 的容器中， 所以打n 次气后，共打入压强为0p 的气体的总体积为n V ?，因为打入的n V ?体积的气体与原先容器里空气的状态相同，故以这两部分气体的整体为研究对象．取打气前为初状态：压强为0p 、体积为0V n V +?；打气后容器中气体的状态为末状态：压强为n p 、体积为0V ． 令2V 为篮球的体积,1V 为n 次所充气体的体积及篮球的体积之和 则1 2.5300.125V L L =+? 由于整个过程中气体质量不变、温度不变，可用玻意耳定律求解。 1122p V p V ?=? 55112210(2.5300.125)Pa 2.510Pa 2.5 p V p V ??+?===? 2.抽气中的变质量问题 用打气筒对容器抽气的的过程中，对每一次抽气而言，气体质量发生变化，其解决方法同充气问题类似：假设把每次抽出的气体包含在气体变化的始末状态中，即用等效法把变质量问题转化为恒定质量的问题。 例2.用容积为V ?的活塞式抽气机对容积为0V 的容器中的气体
人教版必修1牛顿第一定律教案
4.1《牛顿第一定律》教学设计 一、三维目标 1．知识与技能 ⑴体会伽利略的理想实验思想。 ⑵理解牛顿第一定律的内容及意义；理解力和运动的关系。 ⑶理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度。 2．过程与方法 ⑴通过回顾历史探究过程理解牛顿第一定律的形成过程。 ⑵理解理想实验是科学研究的重要方法。 3．情感态度与价值观 ⑴通过运动和力的关系的历史探究过程，使学生体会规律的形成都有一个从感性到理性、从低级到高级的产生、发展和演变的过程。 ⑵通过理想斜面的教学，体会理想实验的魅力。 二、教材分析 牛顿运动定律是整个力学体系的基石，而牛顿第一定律又是这个“基石”中的“基石”，它定性地揭示了力和运动的关系，提出惯性的概念，为定量研究力和运动的关系拉开了序幕。
高中教材与初中相比，主要有四方面的不同。 一是定律内容深浅不同：初中教材叙述为“一切物体在没有受到外力作用的时候，总是保持静止状态或匀速直线运动状态”；高中教材叙述为“一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止”。高中教材中的表述具有更为丰富的内涵，它强调了力是改变物体运动状态的原因，突出了第一定律的独立性和重要意义，也为学习牛顿第二定律做了一定的铺垫。 二是惯性的认识层次不同：初中强调一切物体都有惯性，高中侧重惯性与质量的关系。 三是实验的设计、探究及思维深度不同：初中为斜面小车实验；高中为伽利略理想实验，突出了理想实验这种科学方法的价值所在。 四是情感、态度、价值观的体现不同：初中对牛顿第一定律建立的历史一语带过，高中教材回顾了历史，让学生体会一个规律的获得是一代又一代人努力的结果，能够激发学生追求科学，勇于创新的情感。 三、学情分析 经过初中的学习，学生初步知道了牛顿第一定律的内容和惯性的概念，但是缺乏对牛顿第一定律建立历史的了解，对内容也是一知半解。 学生对于“质量是惯性唯一的量度”更是缺乏认识，凭借自己的生活经验，认为速度也是惯性的量度。教师要在课堂上充分引导，配合实验、结合生活事例来澄清概念。 教学实践表明，学生在头脑中建立正确的力和运动关系的过程，并非一帆风顺，常常形成与亚里士多德相似的观点，且根深蒂固。处理具体的实际问题时，一些直觉的错误观点不时冒出来，存在着严重的"口是心非"问题。
《牛顿第一定律》教学设计(最新整理)
★教材分析《牛顿第一定律》教学设计铅山县第一中学陈志峰 牛顿运动定律是动力学的基础，正确认识力和运动的关系，是学好物理的关键，教 学中应联系生活、贴近实际，以激发学生学习的兴趣。 l、理解力和运动的关系是本节课的重点，通过实验和生活的例子进一步体会，力不是 维持物体运动的原因，而是改变运动状态的原因。这对以后研究问题，受力分析都是非常 重要的。 2、惯性与质量的关系是这节课的难点，通过举例反复体会。 ★学生分析 1、力是维持物体运动状态的原因还是改变物体运动状态的原因，人们正确认识这个问题，经历了漫长的历史过程，同样学生要正确认识它，也要克服日常经验带来的错误认识，所以一开始就用了两个实验，让他们通过观察、思考，来澄清错误的认识。 2、惯性是一个重要的概念。虽然学生在初中接触过，但仍有一些学生误认为“物体在保 持匀速直线运动或静止时才有惯性”。不理解一切物体都有惯性，而且惯性大小与质量有关。 要解决这问题也不是一蹴而就的，需要通过实例分析慢慢接受。 ★新课标要求 （一）知识与技能 1、理解力和运动的关系，知道物体的运动不需要力来维持。 2、理解牛顿第一定律，知道它是逻辑推理的结果，不受力的物体是不存在的。 3、理解惯性的概念，知道质量是惯性大小的量度． （二）过程与方法 1、培养学生分析问题的能力，要能透过现象了解事物的本质，不能不加研究、分析而只 凭经验，对物理问题决不能主观臆断．正确的认识力和运动的关系． 2、帮助学生养成研究问题要从不同的角度对比研究的习惯． 3、培养学生逻辑推理的能力，知道物体的运动是不需要力来维持的。 （三）情感、态度与价值观 1、利用一些简单的器材，比如：小球、木块、毛巾、玻璃板等，来对比研究力与物体 运动的关系，现象明显，而且更容易推理。 2、培养科学研究问题的态度。 3、利用动画演示伽利略的理想实验，帮助学生理解问题。 4、利用生活中的例子来认识惯性与质量的关系。培养学生大胆发言，并学以致用。 ★教学重点
浅论热力学第二定律的发展与应用
热工学课程论文 题目浅论热力学第二定律的发展与应用学院工程技术学院 专业机械设计制造及其自动化 年级 2012级 学号 姓名 指导教师 成绩 2014年 12 月
目录 摘要 (3) 1 前言 (3) 2 热力学第二定律的建立及其发展 (3) 2.1 热力学第二定律建立的历史过程 (3) 2.2 热力学第二定律的实质 (4) 2.2.1可逆过程与不可逆过程 (4) 2.2.2开氏与克氏的两种表述 (4) 2.3 热力学第二定律的含义 (5) 3 热力学第二定律的应用 (5) 3.1 通过熵增原理，理解能源危机 (5) 3.2 理解时间的流逝 (6) 3.3 黑洞温度的发现 (6) 3.4 形成宇宙的耗散结构理论 (7) 4 总结 (7) 参考文献: (7)
浅论热力学第二定律的发展与应用 xxx xxx 西南大学工程技术学院 2012级机械设计制造及其自动化1班 摘要:热力学第二定律是热力学的基本定律之一，是指热不可能自发地、不付代价地从低温物体传到高温物体或者说不可能制造出只从一个热源取得热量，使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。它是关于在有限空间和时间，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。本文综述了该定律的提出、演变历程、并介绍了它在工农业生产和生活中的应用。 关键词:热力学第二定律演变历程应用 1 前言 热力学第二定律，不仅决定了能量转移的方向问题，对信息技术，生命科学以及人文科学的发展都起到了非常重要的作用，应用极其广泛。热力学第二定律对新世纪的科学技术乃至整个社会的发展都产生重要影响。 2 热力学第二定律的建立及其发展 2.1 热力学第二定律建立的历史过程 19世纪初，巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进，已广泛应用于工厂、矿山、交通运输，但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下，逐步
第3章 理想气体性质与过程
第3章理想气体性质与过程 基本要求 1．熟练掌握并正确应用理想气体状态方程式。 2．正确理解理想气体比热容的概念；熟练掌握和正确应用定值比热容、平均比热容计算过程热量，以及计算理想气体热力学能、焓和熵的变化。 3．熟练掌握4种基本过程以及多变过程的初终态基本状态参数p,v,T，之间的关系。 4．熟练掌握4种基本过程以及多变过程系统与外界交换的热量、功量的计算。 5．能将各过程表示在p-v图和T-s图上，并能正确地应用p-v图和T-s图判断过程的特点，即及w等的正负值。 3-1 理想气体的概念和气体状态方程 一.理想气体的概念 1、假设:(1)分子都是弹性的不占体积的质点； (2)分子相互之间没有作用力。 2、研究理想气体有重要的实用意义和理论意义。 3、能否作为理想气体处理的依据： (1) 气体所处的状态是否远离液态； (2) 工程上所允许的误差。 4、可作为理想气体处理的常见气体。 在常温、常压下O2、N2、CO、H2、空气、 燃气离液态较远，可作理想气体处理。 二.理想气体状态方程 1、状态方程： 2、R与Rm: R：气体常数，J/kg.k，与工质有关，但与状态无关。
Rm：通用气体常数，J/kmol.k，与工质及状态均无关。 3、说明 3-2 理想气体的比热容 一、定义：准静态过程中，单位物量的物体温度升高1度（或1开）所需的热量。 二、种类：有以下六钟常用的比热容： 三、cv,cp与状态参数的关系 四、理想气体cp,cv的关系 五、理想气体比热容的计算
1、真实比热容 2、曲线关系平均比热容（精确） 3、直线关系平均比热容（较精确） 4、定值比热容(最简化，欠精确) 单原子气体双原子气体多原子气体 1.67 1.40 1.29，1.30 3-3 理想气体的内能、焓和熵 一、理想气体的内能 1、理想气体的内能是温度的单值函数: 空气：u=f(T,v) 理想气体：u=f(T) 2、理想气体内能的计算式： 3、热工计算中感兴趣的是Δu,基准点可任取。 二、理想气体的焓 三、理想气体的熵
新人教版八年级下册 《牛顿第一定律》练习题
牛顿第一定律 1.大量事实表明，原来静止的物体，具有保持静止状态的性质；原来处于运动的物体具有保持匀速直线运动的性质。我们把物体保持_________不变的性质叫做_________。 2.一切物体在没有受到_________作用的时候，总是保持匀速直线运动或静止状态。这个规律叫做牛顿第一定律，也称为_________定律。 3.公共汽车遇到紧急情况急刹车，小明从座位上向前冲去。这现象是因为（） A.小明没有坐稳 B.小明没有抓紧扶手 C.小明的座位光滑 D.小明具有惯性 10分钟训练1.公共汽车在平直的公路上匀速行驶，站在车里的人在水平方向上（） A.受到向前的摩擦力 B.受到向后的摩擦力 C.受到汽车对它的牵引力 D.不受力 2.关于力和运动的关系，下列说法正确的是（） A.物体受力才会运动 B.力使物体的运动状态发生改变 C.停止用力，运动的物体就会停止 D.力是使物体保持静止或匀速直线运动状态的原因 3.关于物体的惯性，下列说法中正确的是（） A.物体在静止时的惯性比运动时的大 B.物体的惯性随着速度的增大而增大 C.物体受到的力越大，它的惯性也越大 D.物体的惯性大小跟它的运动状态、受力情况都没有关系 4.(2010广东佛山模拟)牛顿第一定律是（） A.由科学家的经验得出的 B.通过物理实验直接得到的 C.斜面小车实验做成功后就能够得出的结论 D.在实验基础上经过分析、推理得出的结论 5.地球在不停地自西向东自转，对跳远运动员来说（） A.向西跳跳得最远 B.向东跳跳得最远 C.向任何方向跳都一样 D.以上说法都不对 6.在行使列车车厢的天花板上悬吊一个小球A，在A的正下方地板上有一点B，如图12-5-1所示，当用剪刀剪断细线，小球A将（） A.落在B点上 B.落在B点的前面 C.落在B点的后面 D.无法确定
热力学第二定律的应用
关于热力学第二定律的学习探究报告 热力学第二定律是热力学的四条基本定律之一，表述热力学过程的不可逆性-----不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。 自然界自发进行的过程具有方向性总是由非平衡态走向平衡态.热力学第二定律在发展过程中形成了两种表述方式: 一、开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机只从单一热源吸取热量，使之完全变成有用的功而不产生其他影响。 二、克劳休斯表述：热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。 其实生活中有很多例子都离不开热二的解释，水往低处流，气体由高压向低压膨胀，热由高温物体传向低温物体等。所以热二在生活和科学研究方面有广泛的应用，通过在网络和图书馆查阅资料，我找到了几个典型的例子。 第一就是在帮助我们理解时间上的应用：我们已经知道，热力学第二定律事实上是所有单向变化过程的共同规律，而时间的变化就是一个单向的不可逆过程，对每个人都一样，时间一去不复还，因此还可以这样理解：时间的方向，就是熵增加的方向。这样，热力学第二定律就给出了时间箭头。物理学的进一步研究表明，能量守恒与时间的均匀性有关。这就是说，热力学第一定律告诉我们，时间是均匀流逝的；热力学第二定律指出，时间是有方向的。这两条定律合在一起告诉我们：时间在向着特定的方向均匀地流逝着。 第二就是在化学反应中的应用：根据热力学第二定律，一切自发过程都是不可逆过程。而一切不可逆过程的发展总是朝着使系统及有关周围物质的熵的总和趋于增大，只有在理想的可逆过程中两者熵的总和保持不变。即有dS+dS0≥0 把热力学第二定律应用于化学反应，就是要判断化学反应进行的方向以及确定达到化学平衡的条件。 第三就是在发现黑洞温度上发挥了很重要的作用：1972年，30岁的英国青年物理学家霍金，提出了黑洞的“面积定理”。证明了黑洞的面积A随时间变化只能增加，不能减少，即这个定理认为，物质落入黑洞、两个黑洞相撞等导致黑洞面积增加的过程，是可以发生的。而一个黑洞分裂为两个黑洞的情况，由于会
热力学第一定律的应用
大连理工大学 化工热力学论文（大作业） 题目：热力学第一定律的应用 姓名： 专业：化学工程 学号：31307022 指导教师：张乃文
摘要 热现象是人类最早接触到的自然现象之一。人类从远古时期开始就已经开始知道了如何利用摩擦、燃烧、爆炸等热现象来达到生产和生活的目的。 在过去的一个多世纪里面，经典热力学的发展取得了巨大的进步，从最初的模糊的热的概念逐步演变发展成为一门科学、严谨、庞大的学科。经典热力学的发展历史是人类对热的本质及能量转换规律的认识、掌握和运用的历史。经典热力学是一实验为基础的宏观理论，具有高度的可靠性和普遍性。它研究的内容决定了物理、化学反应进行的方向和限度，对于化工生产的发展意义重大。它决定设计分离过程、化学反应器所需要的化学反应平衡和平衡的数据、参数和状态。能够判断化工生产中一些新的合成工艺是否可行，以及在什么条件下可行，节省了化工开发过程中的人力、物力和研发时间；同时在化工设计、生产过程中的多元平衡数据都需要通过热力学的方法来确定。它在冷凝、汽化、闪蒸、液相节流、蒸馏、吸收、萃取和吸附等单元操作中应用也十分普遍。可以说经典热力学是化工设计、化工生产的基础。 热力学第一定律即能量守恒及转换定律，它是自然界的一条普遍定律，是19世纪的三大发现(进化论、细胞学说和能量守恒及转化定律)之一，在学科的各个领域均得到广泛的应用。热力学第一定律的文字表述是：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另外一种形式，从一个物体传递到另外一个物体，在传递与转化中能量的数量不变。从中可知，能量既不会消失也不会无中生有，转化的过程中具有不灭性，而做功必须由能量转化而来，所以，永动机是不可能实现的。 能量守恒和转化定律的发现是人类认识自然的一个伟大进步，它揭示自然界是一个互相联系、互相转化的统一体，第一次在空前广阔的领域里把自然界各种运动形式联系起来。在理论上，这个定律的发现对自然科学的发展和建立辩证唯物主义自然观提供了坚实的基础。在实践上，它对于永动机之不可能实现，给予了科学上的最后判决，使人们走出幻想的境界，从而致力于研究各种能量形式相互转化的具体条件，以求最有效地利用自然界提供的各种各样的能源。热力学第一定律的建立，为自然科学领域增添了崭新的内容，同时也大大推动了哲学理论的前进。现在，随着自然科学的不断发展，能量守恒和转化定律经受了一次又一次的考验，并且在新的科学事实面前不断得到新的充实与发展。特别是相对论中质能关系式的总结，使人们对这一定律的认识又大大地深化了一步，即在能量和质量之间也能发生转换。 化工热力学也是应用在生活的各个角落，与我们的生活息息相关。并且化工热力学第一定律的发现极大促进了社会的发展。
第4章--理想气体热力过程及气体压缩
第4章 理想气体热力过程及气体压缩 4．1 本章基本要求 熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数p 、v 、T 、?u 、?h 、 ?s 的计算，过程量Q 、W 的计算，以及上述过程在p -v 、T -s 图上的表示。 4．2 本章重点 结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在p -v 、T -s 图上表示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在p -v 、T -s 图上进行检验。 4．3 例 题 例1．2kg 空气分别经过定温膨胀和绝热膨胀的可逆过程，如图4.1，从初 态1p =9.807bar,1t =300C 膨胀到终态容积为初态容积的5倍，试计算不同过程 中空气的终态参数，对外所做的功和交换的热量以及过程中内能、焓、熵的变化量。 图4.1 解：将空气取作闭口系 对可逆定温过程1-2，由过程中的参数关系，得 bar v v p p 961.151 807.9211 2=?== 按理想气体状态方程，得 11 1p RT v = =0.1677kg m /3 125v v ==0.8385kg m /3 12T T ==573K 2t =300C 气体对外作的膨胀功及交换的热量为
12 11ln V V V p Q W T T ===529.4kJ 过程中内能、焓、熵的变化量为 12U ?=0 12H ?=0 12S ?=1T Q T =0.9239kJ /K 或12S ?=mRln 12 V V =0.9238kJ /K 对可逆绝热过程1-2′, 由可逆绝热过程参数间关系可得 k v v p p ) ( 211'2= 其中22'v v ==0.8385kg m /3 故 4 .12)51 (807.9'=p =1.03bar R v p T ' ''222= =301K '2t =28C 气体对外所做的功及交换的热量为 )(11)(11'212211T T mR k V p V p k W s --=--= =390.3kJ '=s Q 过程中内能、焓、熵的变化量为 kJ T T mc U v 1.390)(1212''-=-=? 或 kJ W U 3.390212'-=-=? kJ T T mc H p 2.546)(1212''-=-=? ' 12S ?=0 例2. 1kg 空气多变过程中吸取41.87kJ 的热量时，将使其容积增大10倍，压力降低8倍，求：过程中空气的内能变化量，空气对外所做的膨胀功及技术功。 解：按题意 kg kJ q n /87.41= 1210v v = 1251 p p = 空气的内能变化量：由理想气体的状态方程 111RT V p = 222RT V p =