2020年高中物理竞赛-热学A（联赛版）04热力学第一定律：应用(共12张PPT)

2020高中物理竞赛 热学A 第二节 热力学第一定律的应用 （一）准静态过程 进行的足够缓慢，以致于系统连续经过的每一个中间态都可以近似为平衡态的过程称为准静态过程。 准静态过程是理想化过程，不可能严格实现，但可近似实现。条件：系统的驰豫时间远小于过程的特征时间）。 例（1）：汽缸运动：m/s; 分子运动速率：102-103 m/s，碰撞频率：108 /s。系统碰撞数次达到平衡，很好的准静态近似。 例（2）：气体向真空膨胀，不是准静态过程。 按状态参量变化特征划分准静态过程： 特征 （1）系统状态的变化由状态参 量描述，可不考虑时间。 （2）过程可在p-V图上图示为一 条曲线。 例（1）：膨胀过程 例（2）：热传导过程 T, 2T, 3T, 4T, …, T  dT. 准静态过程是可逆过程。 重要特征 解释：过程可以用状态参量描述；状态参量与过程无关。 准静态过程中的功的计算 热力学第一定律的微分形式： （二）热容 系统的温度升高或降低 1K 时吸收（或放出）的热量称为该系统的热容 (C)。特殊标度下有：比热容 (c)、 摩尔热容 (Cmol)、等. 等体过程 等压过程 定义焓 (Enthalpy, 状态函数) 比热容： 绝热指数： （三）内能和焓 内能： 微观定义： 操作定义： 焓：定义： 内能和焓都是态函数。 计算 定义 内能： 焓： 绝热指数： （四）焦耳—汤姆逊效应 焦耳—汤姆逊实验 特征 绝热节流过程 节流过程：高压气体经过多孔塞流到低压一侧的稳定流动称为节流过程。 实验表明：常温常压下节流后，一般气体温度下降（T2 < T1）， 氢、氦等气体温度上升（T2 > T1）。这种气体节流膨胀后温度发生变化的现象称为节流效应，也称焦耳—汤姆逊效应，且T2 < T1 的称为正效应， T2 > T1 的称为负效应。 定义： 正效应（电冰箱），反之，负效应 过程分析 恒定压强差流动。 左边：外界对系统做功 右边：系统对外界做功 总作功为 绝热过程： 根据热力学第一定律： 绝热节流过程是等焓过程！ 焦-汤系数: 等焓过程： 焦耳—汤姆逊系数： p-T图上等焓线的斜率 常见气体的最高上转换温度： CO2: ~1500 K, Ar: 780 K, O2: 76