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* 第三章 §3-1准静态过程 热力学第一定律 一、什么是热力学系统 热力学研究的对象为热力学系统。 热力学系统可以是气体、液体、固体。本章主要研究理想气体。 二、什么是热力学过程 热力学系统的状态随时间变化的经历为热力学过程。 三、什么是准静态过程 热力学过程中所经历的各个状态都由热平衡态构成的过程，为准静态过程。 如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变化，则该过程也不是准静态过程。 例如：气缸活塞压缩的速度过快，气体的状态发生变化，还来不及恢复，P、V、T 无确定关系，则此过程为不是准静态过程。 准静态过程中，变化是缓慢进行的，平衡打破后，必须等待重新达到平衡后再发生下一次变化。气体的各状态参量都有确定的值，可在 P~V 图上作出连续的过程曲线。 2、功 热量内能 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。 2.气体作功的计算 由功的定义： 一、功 系统通过做功将热能转化为其它能量 。系统作功是通过物体作宏观位移来完成的。 压强 元功 P 3.在P~V图中曲线下的面积为功 曲线下的面积： 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， 4.功是过程量 如果体积变化从 V1→V2，在整个过程中气体作功为： 元功 从图中可看出， 1→2与1→a→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。 二、热量 热量是从高温物体向低温物体传递的能量。 热量是过程量。用Q表示向系统传递的热量： 热量是能量的一种形式。 热功当量 1卡=4.186焦耳(见P103） Q0 表示系统吸收热量。 Q0 表示系统放出热量。 三、内能、内能增量 1.气体内能 2.内能增量△E 从初态到末态气体内能的变化。 单原子分子气体 i =3 双原子分子气体 i =5 多原子分子气体 i =6 3、热力学第一定律 热力学第一定律实际上是包括热现象在内的能量守恒与转换定律。 一、规定内能增量、功、热量的正负 1.内能增量 系统温度升高，△T 0 ， △E 0。 系统温度降低 △T 0, △E0。 2.功 体积膨胀,系统对外界做正功。 △V0 ， A 0。 体积收缩系统对外界做负功， △V0 ， A 0。 或外界对系统作功。 3.热量 系统吸热 Q吸 0 系统放热 Q放 0 二、热力学第一定律 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。 系统 由能量守恒与转换定律 系统吸收的热量，转变成系统的内能和系统对外做的功。当过程以微小的形式进行时 系统 热力学第一定律对微小过程的应用 注意：符号 表示“元”，因为Q、A不是状态函数，不能写成微分。 由于准静态过程： 注意:1、内能增量、功、热量的正负规定。 2、热力学第一定律是从实验中总结出来的，表明系统通过吸热才能够对外做功。第一类永动机不能制成。 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。 4、热力学第一定律在等值过程中的应用 一、等容过程 1.过程特点 系统的体积不变,系统对外做功为0。 2.过程曲线 3.热量 系统吸热全部转化为内能增量。 二、等温过程 1.过程特点 系统的温度不变，内能增量为0。 2.过程方程 3.过程曲线 恒温源 4.功 由理想气体状态方程 等温过程的功 由过程方程 则等温过程的功 等温过程 则 意义：等温过程系统吸热全部用来对外作功。 由热力学第一定律： 三、等压过程 1.过程特点 系统的压强不变 2.过程曲线 3.内能增量 4.功 压强不变 5.热量 例1、一摩尔的单元子理想气体，从同一状态下出发，经过等容，等压过程分别到达同一等温线上。如图 T1=300K,T2=400K,求这两个过程的功，内能增量，和热量。 解：等容过程 等压过程： 热容，摩尔热容： 热容： 质量为 m 的系统，温度升高 △T 时所吸收的热量为 Q 则该系统的热容定义为: 系统吸热可以表示为： 对等容过程： 对等压过程： 引入摩尔热容 摩尔热容只和理想气体的自由度有关。 对于等容过程摩尔热容为 对于等压过程摩尔热容为 对等容过程吸热： 对等压过程吸热： 若取m为单位质量,得到的热容称为比热容。 得到：等体比热 得到：等压比热 * * *