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第9章 热力学基础 9-2热力学第一定律 9-1热力学基本概念 利用热作功的机器，称为热机 【演示实验】热机演示 热机 ：持续地将热量转变为功的机器 . 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质 . 一 功、内能、热量 1、功 作功可改变系统的状态 有序的动能无序的动能 作功的基本特征： 功是一个过程量 功不仅与系统的始、末状态有关，而且与所经历的过程有关。 系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？ 2、系统的内能 过程中保持不变的能量不必计入内能 分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· 理想气体内能只与温度有关 3、热量 传热也可改变系统的状态 微观本质：分子无规则运动能量从高温物体向低温物体转移（传递）。 传热与过程有关，热量也是一个过程量。 通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 . 二 热力学第一定律 的数学表达式 对于任何宏观系统的任何过程，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 注意：Q和A都是代数量。 —涉及热现象的能量守恒定律的表述 三 准静态过程（理想化的过程） 系统经历一个过程，状态发生变化，系统一定经历非平衡态 平衡态 每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。 “准静态过程” 过程实际上是不存在的，是一个理想过程。 为利用平衡态性质，引入准静态过程或平衡过程 如果实际过程变化的时间远大于系统由非平衡态趋于平衡态的时间-驰豫时间，则可将其过程近似为准静态过程或平衡过程来处理. 因内燃机气缸一次压缩时间：10－2秒 则内燃机气缸压缩近似为准静态过程 例. 气缸气体的弛豫时间～10－3s … 10-2s 10-2s 准静态传热过程 整个过程无限缓慢 —系统经历的是一个准静态传热过程。 系统温度从T1T2： 准静态过程可用状态曲线表示 三 准静态过程的功（同学推导） 注意：作功与过程有关 . 例.理想气体准静态等温膨胀做的功 【思考】如何实现这一准静态过程？功=? 例.理想气体准静态等温膨胀吸的热 理想气体等温膨胀吸的热，等于系统对外作的功 四 热容（Heat capacity） 单位：J/K 热容是一个过程量。 4、理想气体的摩尔热容 3、摩尔热容 单位：J/(mol·K) a、定体摩尔热容 1mol物质的热容 理想气体内能与体积无关！ b、迈耶公式（理想气体定压和定容摩尔热容的关系） 证明： 同学们证明与物理解释？ 定体过程 6、经典热容：由经典能量均分定理 常温（~300K）下振动能级难跃迁，振动自由度 “冻结”，分子可视为刚性。 例：某种气体（视为刚性分子理想气体），在标准状态下的密度为＝0.0894Kg/m3,则该气体的CP,m＝？ 经典理论有缺陷，需量子理论。 低温时，只有平动，i =3； 常温时，转动被激发， i =3+2=5； 高温时，振动也被激发 i =3+2+2=7。 例： 如图所示，Ｃ是固定的绝热壁，Ｄ是可活动的，Ｃ、Ｄ将容器分成两部分，开始时，Ａ、Ｂ两室中各装入同种类的理想气体，它们的温度Ｔ、体积Ｖ、压强P均相同，并与大气压强相平衡。现对Ａ、Ｂ两部分气体缓缓地加热，当对Ａ和Ｂ给予相等的热量Ｑ以后，Ａ室中气体的温度升高度数与Ｂ室中气体的温度升高度数之比为7:5. （1） 求该气体的定容摩尔热容ＣＶ和定压摩尔热容ＣＰ （２）Ｂ室中气体吸收的热量有百分之几用于对外做功 同学们练习 解（1） 又 (2)、Ｂ室气体作功为 Ｂ室气体吸收热量转化为功的成百分比为 9.3 绝热过程 (Adiabatic process) 系统在和外界无热量交换的条件下进行的过程，称为绝热过程。 如何实现绝热过程 ？ 1、用理想的绝热壁把系统和外界隔开。 2、过程进行得很快，以至于系统来不及与外界进行显著的热交换。 例.内燃机气缸内气体的膨胀、压缩； 空气中声音传播引起局部膨胀或压缩。 一 绝热过程的功 方法一 二 绝热过程方程 求功方法二 三 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. 请给出微观的解释 例：如图一绝热容 器中的活塞在一外力F作用缓缓被压缩，由原来的V0变到V0／2，求外力作的功是多少？ V0 T0 V0／2   解：设左右两室末态的温度分别为T1和T2，其内能增加为E1和E2，因容器是绝热的，故外力作的功应等于容器内能的增加： 例：如图为一绝热容器，两边分别装有质量相等，温度相同的H2和O2，开始时绝热板固定，然后释放之，（不计摩擦)，在达到新的平衡位置后，若比较两边温度，则结果是： （A）H2比O2温度高； （B） O2比