01热力学第一定律及在等值过程中应用.pptVIP

* 热力学基础 张三慧《大学基础物理学》：第8~9章 毛骏健《大学物理学》：第9~10章 热力学第一定律及其在等值过程中的应用 张三慧《大学基础物理学》：第8章第1~4节 毛骏健《大学物理学》：第9章第2~3节 热力学系统：热力学研究的对象。 这一节只研究理想气体系统。 热力学过程（简称过程）：热力学系统从一个状态变化到另一个状态的过程。 实际发生的过程往往进行的较快，在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变化，这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态。这种过程为非静态过程。 准静态过程：任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态的过程。 对准静态过程，在任何时刻系统的状态都可以当平衡态来处理。 一、准静态过程 准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程。 准静态过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下才可能实现。 作为准静态过程中间状态的平衡态，具有确定的状态参量值。 准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学的基础，我们要着重讨论它。 过程曲线 非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。 对于简单系统可用P—V图上的一点来表示这个平衡态。系统的准静态变化过程可用P—V图上的一条曲线表示。 1.理想气体内能: 内能：系统中所有分子不规则运动的能量与分子与分子之间相互作用的势能的总和。 内能的改变只决定于系统初末两个状态，与所经历的过程无关。内能是“状态量”。 2.内能增量 二、内能、内能增量 微小变化： 1. 气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。 例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推动气缸活塞对外作功。 三、功 元功 压力 由功的定义： 只考虑无摩擦准静态过程的功。 2.气体作功的计算 体积变化从 V1—V2，在整个过程中气体作功为： 特殊： 等容过程：A等容=0 等压过程：A等压= P(V2-V1) 结论：P—V 图上过程曲线P=P(V)下的面积等于功的大小。 1-2与1-1’-2两个过程的始末状态相同，但过程曲线不同，两条曲线下的面积不同，则作功也不同。 注意： 功的大小不仅取决于系统的始末状态，且与系统经历的过程有关。 功是过程量 例如：一杯80oC的热水，向周围温度较低的空气放出热量，这是一个过程，而说这杯水具有多少热量是错的。 2.热量与温度的区别 热量是能量变化的一种量度，是过程量。 温度反映了物体冷热程度，是分子平均平动动能的标志，是状态量。 3.热量的计算 1.热的本质是传递的能量。该能量的多少就是热量。 c是比热， 四、热量 摩尔热容量Cm ： 1mol气体升高单位温度所吸收的热量。 摩尔热容可定成： 符号 表示“元”， 热量与过程有关。同一系统在不同过程中的热容量有不同的值。常用的有等容摩尔热容与等压摩尔热容。 等容过程：引入等容摩尔热容CV，m，表示在等容过程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 等压过程：引入等压摩尔热容CP,m，表示在等压过程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 规定： 热量 系统吸热： 系统放热： 热量 设一热力学系统，初始时内能为E1，如果系统吸热，使系统内能增加到E2，系统对外作功A。 在一般情况下，系统内能的改变可能是作功与传热的共同结果。 由能量守恒与转换定律，有： 系统 即 物理意义 热力学第一定律 微小过程： 符号 表示“元” 因为Q、A不是状态函数，不能写成微分。 对准静态过程： ， 由 五、热力学第一定律 ①.注意内能增量、功、热量的正负规定。 ②.热力学第一定律实际上是能量守恒定律在热力学中的体现。热力学第一定律是从实验中总结出来的。 明确几点： 第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对外作功的机械。 第一类永动机违反能量守恒定律。 热力学第一定律对准静态过程和非准静态过程均适用。但为便于实际计算，要求初终态为平衡态。 等容过程也称等体过程。 系统的体积不变 1.过程特点 3.过程曲线 2 .过程方程 等容过程体积不变，P ~ V 图曲线下的面积为零 ，气体作功为零。 4.内能增量 5.功 6.热量 1.等容过程 六、热力学第一定律在等值过程中的应用 多原子分子气体 内能增量又可写成： 此公式不仅适用于等容过程，对任何过程都适用。 单原子分子气体 双原子分子气体 等容摩尔热容： 7.热力学第一定律的应用 意义：等容过程系统吸热全部转变成内能。 系统的压强不变 1.过程特点 3.过程曲线 2 .过程方程 4.内能增量 5.功 6.热量 压强不变 7.热力学第一定律的应用 2.等压过程 多原子分子气体 CP,m CV ,m的物理意义: 1mol 理想气体温度升高1 oC，