10.4 热力学第一定律.ppt

大学物理 第三次修订本 第10章 气体动理论及热力学 * 一、功 热量 内能 10.4 热力学第一定律 1. 内能 （E） 气体内能：分子动能 + 分子间势能 与热运动状态有关的能量，包括所有分子无规则运动动能与相互作用势能。 （状态量） 一般气体： 理想气体： * 说明 (1)内能只与状态有关，是状态量。 (2) 改变系统内能的方式:做功和热传递。 (3)两种方式在改变系统内能上是等效的。 2. 功 （A） 通过物体发生宏观位移完成，实现的是分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量间的转化，从而改变系统的内能。 机械运动能量 热运动能量 （过程量） 准静态过程功的计算 在热学中，常见的是准静态过程中与系统体积变化相关的功： 微元功： * 3. 热量 （Q） 热传递过程中传递的能量的多少,通过分子间相互作用完成。 热运动能量 热运动能量 注意： ⑴几何意义：功在数值上等于p～V 图中过程曲线与轴围成的面积。 2)做功与过程有关. ⑶规定：系统对外界作正功Ａ0； 系统对外界作负功Ａ0 * 规定 系统从外界吸热：Q 0 系统向外界放热：Q0。 系统从外界吸收的热量 Q ，一部分使其内能增加 ?E ，另一部分则用以对外界做功 A 。 二、热力学第一定律 对于无限小的状态变化过程，可表示为 例1. 一定量的理 想气体经历acb 过程时吸收热量200J,则经历acbda 过程时，吸热多少？ 又因为理想气体的内能是温度的单值函数， 过程bda中： 在acbda过程中系统所吸收的热量为 * 说明： 2）具有普适性，适合于一切除热核反应的任何 过程，无论过程是否为准静态过程。 3)另种表述：第一类永动机是不可能造成的。 1）本质：能量守恒定律。 10.5 摩尔热容量 定义： 单位： 数学表示： 1mol的物质温度升高(或降低)1K所吸收或放出的热量。 单位 一、等体过程 定体摩尔热容 热一律： 特性 常量 过程方程 常量 由定体摩尔热容定义，可得 * 注意： 2）在等体过程中，气体吸收的热量全部用来增加系统的内能。 1) 等容过程： 1 2 过程方程 常量 热一律 特 性 常量 功 二 等压过程 定压摩尔热容 由理想气体方程 可得 由等压摩尔热容定义，可得 注意：等压过程 1、定压摩尔热容和定体摩尔热容的关系 三、关于摩尔热容的讨论： 意义：等压过程中，温度升高1K时，1mol的理想气体比等体过程要多吸取8.31Ｊ的热量。 解释： 等体过程中，气体吸收的热量全部用来增加系统的内能；等压过程气体吸收的热量一部分用来增加相同的系统内能，另一部分用于气体膨胀对外界做功。 2、 摩尔热容比 单原子分子：i = 3，γ= 5 ? 3 = 1.67； 刚性双原子分子：i = 5，γ= 7 ? 5 = 1.40； 刚性多原子分子：i = 6，γ= 4 ? 3 = 1.33。 10.6 热力学第一定律的应用 一、等温过程 1 2 1. 特征 T = C dT =0 dE =0 △E =0 功、热、内能的计算 1 2 2.过程方程 常量 dE =0 △ E =0 由状态方程 得 1 2 等温膨胀 A 1 2 A 等温压缩 A A 注意：1）等温过程中 2) 对于等温过程，不能定义摩尔热容 1 2 二 绝热过程 1 . 特征 2 . 过程方程 因为 所以 整理得 * 积分，得 1 2 绝 热 方 程 常量 常量 常量 即 故， 若已知 及 1 2 A 从 可得 3.功、热、内能的计算 1 2 A 绝 热 膨 胀 1 2 A 绝 热 压 缩 A A 4. 绝热线和等温线 绝热过程曲线的斜率 等温过程曲线的斜率 绝热线的斜率大于等温线的斜率. 常量 常量 A B C 常量 三.多方过程 2 多方过程中的功 大学物理 第三次修订本 第10章 气体动理论及热力学