热力学过程
进行得太快的热力学过程,中间的状态不是平衡态,宏观参量无法定义,因此不属于普通热力学研究的范围。平衡态热力学研究的过程是准静态的。
准静态过程:热力学过程由于进行得足够缓慢,即等每一步微小的变化达到新的平衡以后,才进行下一步变化,故可看成是由无数个平衡态构成的。
弛豫时间:从前一个平衡态失去到下一个平衡态恢复所需的时间,弛豫时间越短的热力学系统,所经历的过程越接近准静态过程。
实际中很多热力学过程(例如力学平衡的破坏)的弛豫时间都非常短,例如体积不大的体系的弛豫时间一般是毫秒级别,远远小于实际的操作周期,因此准静态的研究结果具有实际意义。
热力学第一定律
系统从外界吸收的热等于系统内能的增量和对外所作的功之和,即
对一个无穷小的热力学过程,热力学第一定律写成
因为做功和传热与过程有关,不是态函数,因此这里用đ只代表一个微小的量,不是微分。确切的说,đA和đQ是数学上的变分,đ经常被写成 。
内能
在气体动理论部分已知,理想气体的内能是所有分子的动能之和,它是温度的函数,因此内能的增量为(
一个热力学过程前后内能增加为
如果一个热力学过程是准静态过程,那么做功可用微分
做功与过程有关,如果热力学过程是确定的,做功肯定也是确定的,但确定的热力学过程如果不是平衡态组成的,状态参量无法定义,因此必须限定一种特殊的热力学过程——准静态过程。
传热
理想气体经历准静态过程,传热总可以通过该准静态过程的热容量来计算,
摩尔热容
气体的一般过程
等容过程
等压过程
对理想气体,计算发现
绝热过程
过程不传热的过程,因此
循环过程
热力学系统经过一系列的状态变化后,回到起始点,这种过程叫做循环过程。在
逆循环:放热,外界对系统做功。
热机按正循环的路线工作,效率为
卡诺热机的效率
The End
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