[工学]1热力学第一定律.ppt

* 第十五章 热力学基础 一.功、热量、内能 一个热力学系统内所有分子作无规则热运动 的能量的总和称为该系统的内能。 一般说来，系统的内能只是系统状态的单值 函数。 。对于理想气体， 理想气体的内能 §15.1 热力学第一定律 对于气体， 从热力学观点来看，改变系统的状态（内能）有 两个途径：1）向系统传递热量；2）对系统做功。 1）当外界向系统传递热量时，系统的内能就 增加，从而使系统的温度升高；当系统向外界放 出热量时，系统的内能就减少，温度降低。 2）当外界对系统做功时，系统的内能就增加， 温度升高；当系统对外界做功时，系统的内能就 减少，系统的温度降低。 功和热量的相同点和不同点 （1）不同点 做功是通过物体在力的作用下产生宏观位移来 完成的，所起的作用是物体的有规则运动与系统内分子无规则运动之间的能量转移，从而改变了 系统的状态和内能。 传递热量是通过分子之间的相互作用来完成的, 所起的作用是系统外的物体分子无规则运动与系 统内分子无规则运动之间的能量转移，从而改变 系统的状态和内能。 外界对系统做功或外界向系统传递热量的结果 都能使系统的内能增加,从这个意义上来说,做功和 传递热量是等效的,都是能量传递或转换的方式。 系统的内能 内能的增量 （2）相同点 系统对外做功 外界对系统传递的热量 二. 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能 在SI单位制中，E、Q、A的单位都是J 增加，另一部分使系统对外做功。 （初末态是平衡态） 换和守恒定律。 热力学第一定律是包括热现象在内的能量转 对于状态微小变化过程，热力学第一定律 （适用一切过程、一切系统） 热力学第一定律的另一种表述 第一类永动机是不可能制成的。 三. 准静态过程 系统与外界交换能量时，其状态就会发生变化， 这种状态变化过程就叫作热力学过程。 1、热力学过程 2、非静态过程 如果热力学过程进行得较快，每一个中间状态 都是非平衡态，则这种过程叫非静态过程。 3、准静态过程 如果过程进行得很缓慢，以致于每个中间状态 都近似为平衡态，则这种过程叫准静态过程。 每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化---无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间驰豫时间 例如 气体的准静态压缩 过程时间 ~ 1 秒 驰豫时间 4、 P-V 图 一条线代表一个准 P V 图上一个点代表 一个平衡态 静态过程 通常还画 P - T、T - V 、T – E 图 四. 准静态过程中功的计算 P V F=PS dV S dl 是气体体积的微 小增量 dV 气体膨胀时 系统对外做正功 气体压缩时 系统对外做负功 或外界对系统正功 气体由体积V1变到V2的准静态过程中，对外所 做的功为 P a(E1) b(E2) I II 功在P-V图上的几何意义 功和热量是过程量 内能是系统状态的函数 §15.2 热力学第一定律对定值过程的应用 一. 热容(量) 物质的热容(量): 一定量的物质升高(降低)单位温度所吸收(放出)的热量叫做这种物质的热容。 一般，物质的热容与物质的量、物质的种类、状态、及经历的过程有关。 摩尔热容量： 1mol 某种物质在特定的状态变化过程 中升高(降低)单位温度所吸收(放出)的热量 C的单位：J·mol-1·k-1 C与物质的种类、状态、及经历的过程有关。 (1)定体摩尔热容： 气体在等体过程中的摩尔热容 在等体过程中，1mol气体 温差不太大 CV可看作常数 在等压过程中，1mol气体 温差不太大 CP可看作常数 (2)定压摩尔热容： 气体在等压过程中的摩尔热容 二. 热力学第一定律的表达式 理想气体的内能 对于任何过程 若为准静态过程 若为理想气体一般过程 若为理想气体准静态过程 三. 等体过程 特征:V=恒量, 过程方程: V P V O P1 1 P2 2 或dV=0 dA=PdV=0 A= 0 根据热力学第一定律 对于1mol理想气体 对于1mol气体 四. 等压过程 特征：P =恒量 过程方程: V1 V2 P P V O V V+dV A 1 2 dA 理想气体的内能只是温度的单值函数 对于1mol气体的准静态过程 迈耶公式 P2V2 P1V1 P1=P2=P 对于1mol理想气体的准静态过程 比热容比 理想气体的比热容比 (满足热力学第一定律) 对于理想气体 单原子分子 i=3 刚性双原子分子 i=5 刚性多原子分子 i=6 五. 等温过程 特征:T =恒量 过程方程: 或dT=0 PV=恒量 或 P1V1=P2V2 ∵理想气体内能只是温度的单值函数，而等温 过程T不变 由热力学第一定律得 V P o P1 P2 V1 V2 A [例1]P.55.2.一定量的单原子理想气体在等