物理熱力學(xué)第一定律知識(shí)點(diǎn)歸納總結(jié)-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 其內(nèi)能增加，狀態(tài)發(fā)生了變化。做功和傳遞熱量都可以使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生變化，但它們本質(zhì)上是有區(qū)別的，做功是通過物體的宏觀位移來完成的，是通過有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)之間的轉(zhuǎn)換，從而使系統(tǒng)的內(nèi)能有所改變；傳遞熱量是通過分子之間的相互作用來完成的，是系統(tǒng)外物體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)之間的傳遞，從而使系統(tǒng)的內(nèi)能有所改變。如果是理想氣體自由膨脹，其內(nèi)能不變，氣體溫度也不會(huì)變化，即△T=0；如果是離子氣體自由膨脹，雖內(nèi)能不變，但分子的平均斥力勢(shì)能會(huì)隨著體積的增大而減小，分子的平均平動(dòng)動(dòng)能會(huì)增加，從而氣體溫度會(huì)升高，即△T＞0；如果是存在分子引力的氣體自由膨脹后，其內(nèi)能不變，但平均分子引力勢(shì)能會(huì)增大，分子平均平動(dòng)動(dòng)能會(huì)減小，氣體溫度會(huì)降低，即△T＜0。問此時(shí)容器A中氣體的溫度為多少？假設(shè)在打開到關(guān)閉閥門的過程中處在A中的氣體與處在B中的氣體之間無(wú)熱交換。外界(B容器的剩余氣體)對(duì)A氣體做功等于其內(nèi)能的增量，從而求出A氣體的最終溫度。A中氣體內(nèi)能的變化?？諝獾哪柖ㄈ轃崛萘浚?dāng)玻璃管溫度降低10℃時(shí)，求封閉管內(nèi)空氣損失的熱量。解：設(shè)在降溫過程中管內(nèi)封閉空氣柱的高度為h，水銀柱高度為，則。由題給數(shù)據(jù)，可分析得空氣對(duì)水銀柱做功是線性力做功的情形。在等容過程中，氣體吸收的熱量全部用于增加內(nèi)能，溫度升高；反之，氣體放出的熱量是以減小內(nèi)能為代價(jià)的，溫度降低。且有 定壓摩爾熱容量與定容摩爾熱容量的關(guān)系有。理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，所以理想氣體在等溫過程中內(nèi)能不變，即△E=0，因此有Q=W。理想氣體發(fā)生絕熱變化時(shí)，p、V、T三量會(huì)同時(shí)發(fā)生變化，仍遵循恒量。若在升溫過程中，①體積保持不變，②壓強(qiáng)保持不變；③不與外界交換熱量。求平衡后的氣體壓強(qiáng)。(V圖中過程曲線下面積)過程方程：由過程曲線的幾何關(guān)系找出過程的P～V關(guān)系式。由圖可見，在ABC過程中，系統(tǒng)對(duì)外界作正功，在CDA過程中，外界對(duì)系統(tǒng)作正功。其熱效率取決于壓縮比。因?yàn)樵谶@一過程中體積不變，不做功，所以吸收的熱量等于氣體內(nèi)能的增加，即，轉(zhuǎn)化為功的有用能量是2→3過程吸熱與4→1過程放熱之差： 熱效率為：絕熱過程有： ,因?yàn)? ,故 , 而 因此 。在PV圖上，物質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)過程用一個(gè)閉合的曲線表示。獲得低溫裝置的致冷機(jī)也是利用工作物的循環(huán)過程來工作的，不過它的運(yùn)行方向與熱機(jī)中工作物的循環(huán)過程相反。因?yàn)楣ぷ魑镏慌c兩個(gè)熱源交換能量，所以當(dāng)工作物脫離兩熱源時(shí)所進(jìn)行的過程，必然是絕熱的平衡過程。氣體對(duì)外所做的凈功就是閉合曲線abcda所圍面積，氣體在等溫膨脹過程ab中，從高溫?zé)嵩次鼰?，氣體在等溫壓縮過程cd中，向低溫?zé)嵩捶艧帷Ｖ吕錂C(jī)的功效常用從低溫?zé)嵩粗形鼰岷退牡耐夤的比值來量度，稱為致冷系數(shù)，即，對(duì)卡諾致冷機(jī)而言。2．3．熱力學(xué)第二定律表述1：不可能制成一種循環(huán)動(dòng)作的熱機(jī)，只從一個(gè)熱源吸取熱量，使之全部變?yōu)橛杏玫墓?，而其他物體不發(fā)生任何變化。我們用反證法來證明兩者的等價(jià)性。這就說明，如果表述1不成立，則表述2也不成立?，F(xiàn)在，在圖上再畫一等溫線Ⅲ，使它與兩條絕熱線組成一個(gè)循環(huán)。對(duì)它來說，如果存在另一過程，它不僅使物體進(jìn)行反向變化，從狀態(tài)B回復(fù)到狀態(tài)A，而且當(dāng)物體回復(fù)到狀態(tài)A時(shí)，周圍一切也都各自回復(fù)到原狀，則從狀態(tài)A進(jìn)行到狀態(tài)B的過程是個(gè)可逆過程。設(shè)氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)為P，氣體迅速膨脹—微小體積△V，則氣體所作的功W，小于p△V。只有當(dāng)氣體膨脹非常緩慢，活塞附近的壓強(qiáng)非常接近于氣體內(nèi)部的壓強(qiáng)p時(shí)，氣體膨脹—微小體積△V所作的功恰好等于p△V，那么我們才能非常緩慢地對(duì)氣體作功p△V，將氣體壓回原來體積。實(shí)際的一切過程都是不可逆過程。設(shè)高溫?zé)嵩矗蜏責(zé)嵩?，一卡諾理想可逆機(jī)E與另一可逆機(jī)，在此兩熱源之間工作，設(shè)法調(diào)節(jié)使兩熱機(jī)可作相等的功W。由此得＜，即＜。如果用一臺(tái)不可逆機(jī)來代替上面所說的。2．3．熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義對(duì)于熱量傳遞，我們知道，高溫物體分子的平均動(dòng)能比低溫物體分子的平均動(dòng)能要大，兩物體相接觸時(shí)，能量從高溫物體傳到低溫物體的概率顯然比反向傳遞的概率大得多。例某空調(diào)器按可逆卡諾循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，其中的作功裝置連續(xù)工作時(shí)所提供的功率。試問室外溫度最高為多少時(shí)，用此空調(diào)器仍可使室溫維持在20℃。為保持室溫恒定，空調(diào)器從室內(nèi)吸熱等于室外向室內(nèi)通過熱傳導(dǎo)傳輸?shù)臒崃?。?duì)可逆卡諾循
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