热学第3章热力学第1定律.ppt

不受外界影响，系统的宏观性质（P,V,T等）不随时间改变。 理想过程！ §3.1 3.2 热力学基本概念 1 平衡态 2 准静态过程 过程中的每一状态都是平衡态 。 准静态过程进行中的每一时刻，系统都处于平衡态。 准静态过程只有在“无限缓慢”的条件下才能实现。 系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，系统从非平衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。 3 弛豫时间 当系统弛豫时间比宏观变化快得多时，这个过程中每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是准静态过程。 准静态过程是实际过程无限缓慢进行时的极限情况！ 例如：外界对系统做功，过程无限缓慢。 非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约10 -3 秒 如果实际压缩一次所用时间大于10-3,如为1秒，就可以说是准静态过程。 非平衡态不能用一定的状态参量描述，因此，非准静态过程也就不能用状态图上的一条线来表示。 因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图、P-T图，V-T图中一条曲线表示。 P--V 图中： 一个“点”表示一个平衡态； 一条 “曲线” 表示一个准静态过程。 4.功、热量、内能 a. 功（P103) 体积功：热力学系统体积变化时对外界所作的功。 A0 系统对外界做功； A0 外界对系统做功。 在准静态过程中： A=0 不做功。 讨论： 1）PV 图上曲线下面积表示体积功大小。 2） 功不是系统状态的特征，而是过程的特征。 b. 热量 系统通过热传递过程与外界交换能量的量度为热量Q。 热量与功一样是过程量! Q0 Q0 从外界吸收热量 系统向外界放热 c. 内能 系统内所有粒子各种能量的总和 在热力学领域， 系统内所有分子热运动动能和分子间相互作用势能的总和称为系统内能，用E表示。 内能是状态量 通常 理想气体的内能是温度的单值函数 系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做的功之和。 §3.3 热力学第一定律 热力学第一定律 或 A，Q均为过程量。对一无穷小过程； 包括热现象在内的能量守恒定律！ 系统从外界吸热； 系统向外界放热； 系统对外界做功； 外界对系统做功。 系统内能增加； 系统内能减少； 微分形式 积分形式 适用于任何热力学系统所进行的任何过程（包括非准静态过程）。 若加一些条件 适用一切过程 一切系统 热力学第一定律 若为准静态过程 若为理想气体 若理气准静态过程 系统温度升高dT时，如果它吸收的热量为dQ，系统的热容为： 单位：J/K §3.4 热容 1.热容C 单位：J/kg· K 2.比热（容)c 当系统的质量为单位质量时的热容 当系统的物质的量为1mol时的热容 3.摩尔热容 C m 单位：J/mol· K 一摩尔气体在体积不变时，温度改变1K 时所吸收或放出的热量。 4.定体摩尔热容CV,m 5.定压摩尔热容Cp,m ——迈耶公式 一摩尔气体在压强不变时,温度改变1K时所吸收或放出的热量 热容量与过程有关！ 单原子分子： 刚性双原子分子： 刚性多原子分子： 6.比热比γ § 3.5 热力学第一定律在理想气体中的应用 或 1. 等体积过程 过程方程 由热力学第一定律 吸热 内能 V = 恒量 功 2. 等压过程 过程方程 或 p = 恒量 泊松比 3. 等温过程 过程方程 或 T= 恒量 dT=0 或 pV= 恒量 由热力学第一定律 4. 绝热过程 特征： 1.理想气体准静态绝热过程 由 取全微分 由热力学第一定律 代入上式 以上两式相除 绝热过程方程 绝热过程系统对外做功 等温线 绝热线比等温线陡 等温 绝热 2.练习：理想气体绝热自由膨胀过程。求达到平衡后，P=? 方法一: 绝热过程: 方法二: 绝热 温度不变，由理想气体状态方程 哪种方法正确? 热力学第一定律， 又不做功 Q=0，A=0。 内能不变。 抽去！ 气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞迁移到小压强空间的过程称为节流过程。 正焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低； 对理想气体经历节流过程： 说明理想气体经历节流过程后温度不变。 对真实气体，节流膨胀后温度要发生变化。说明分子间存在相互作用的势能。 负焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高 例：气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气压下缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的功A、气体内能的增量E以及气体所吸收的热量Q。（活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均可略去） 因i=5,所以CV,m=iR