大学物理热力学基础﹝5﹞.pptVIP

第十五章 热力学基础 §15.1热力学第一定律 （First law of thermodynamics) 热力学是用能量的观点,从宏观上研究物质状态变化时,热量（Q）,功（A）及内能（E）变化规律的学科. 一、 准静态过程（quasi-static process） 系统与外界有能量交换时，其状态会发生变化。系统从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程。 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。 初平衡态 一系列非平衡态 末平衡态 热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。 准静态过程： 系统的每一状态都无限接近于平衡态的过程。即准静态过程是由一系列平衡态组成的过程。 准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。 非准静态过程 准静态过程 准静态过程可以用过程曲线来表示： 改变系统状态的方法：1.作功 2.传热 二、 功 热量 内能 功是过程量 摩擦升温（机械功）、 电加热（电功） 做功可以改变系统的状态： 功---是能量传递和转换的量度。它引起系统热运动状态的变化 。 热 量（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 . 1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 3）功与热量的物理本质不同 . 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 系统的内能是状态量 （如同 P、V、T等量）这种取决于系统状态的能量称为热力学系统的内能。 内能（状态量） 对于一定质量的气体: 内能一般有 E = E（T，V ） 或 E = E（T，P ） 对于一定质量的理想气体：E = E(T) 对于刚性理想气体公式： （只是温度的单值函数） ( :摩尔数 i :自由度3、5、6 ) 三、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics) 系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界作功。 ------热力学第一定律 设某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 A，系统内能从初始态 E1变为 E2，则数学表达式：  对于任一元过程 热力学第一定律是反映热现象中: 能量转化与守恒的定律。 热力学第一定律另一叙述：第一类永动机是不可能制成的。 热力学第一定律适用于 任何系统(气液固……) 的任何过程(非准静态过程也适用)。 功、热量是过程量： 只表示微量，不是数学上的全微分；E是状态函数，dE是微分。 第一类永动机： E2 - E1= 0 （循环） Q = 0 （外界不供给能量） W 0 (对外界作功) 直接由定义计算法（忽略磨擦）气体对外界作功： 四、准静态过程中功的计算 注意：作功与过程有关 . 例. 摩尔理想气体从状态1状态2，设温 度不变过程。求气体对外所作的功是多少？ 【解】 §15.2热力学第一定律对定值过程的应用 一、等体（容）过程 由热一律： 得： 二、等压过程 由热力学第一律： 对有限等压过程： 或： 三、等温过程 由热力学第一律： 对有限等温过程： 四、热容 设质量为 M 的物质，温度由 T 变化到 T +ΔT 所吸收的热量为： 式中 c 是物质的比热，表示单位质量的物体在温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。 Mc是物质的热容，用大写的 C 来表示，其定义式为： 物体的热容一般与温度有关，也与过程有关。 1mol 物质的热容称 µc 为摩尔热容：一摩尔物质(温度T 时)温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。 同种物质在不同的热力学过程中有不同的量值，最常用的是等体过程和等压过程中的热容 . 定体摩尔热容 设 1 摩尔物质(温度T 时)温度升高 dT 所吸收的热量为dQ，则 理想气体的定体摩尔热容： 对一元 过程 所以： 有： 定压摩尔热容 对于理想气体定压过程 再由理想气体状态方程有 PdV=RdT …（迈耶公式） 对一元 过程 注意：对于理想气体,公式 dE = CV dT 不仅适用于定体过程，而且适用于其他过程。 【证明】 如图，红线为一任意过程曲线， 就有 泊松比(比热比)  (poisson’s ratio)： (也称为比热比) 或  的理论值： 热容量是可以实验测量的。 例题15.1 P259页 在解决实际问题时，注意应用下列四个公式： （1）热力学第一定律； （2）内能公式（