热学第三章热力学第一定律

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1、第三章热力学第三定律不受外界影响，系统的宏观性质（P,V,T等）不随时间改变。理想过程！§3.13.2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：

2、外界对系统做功，过程无限缓慢。u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。VoP循环过程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)u体积功：热力学系统体积变化时对外界所作的功。A>0系统对外界

3、做功；A<0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。bP1V1P2V2PVV1V2VV+dVab.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!Q>0Q<0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

4、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·K2.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

5、Cm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,m5.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pp2p10VⅠⅡ2.等压过程过程方程或p=恒量pV1V2V0ⅠⅡp泊松比3.等温过程过程方程或0V1V2Vpp1p2ⅠⅡT=恒量dT=0或pV=恒量由热力学第一定律4.绝热过

6、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pV0绝热线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=?V0V0P0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

7、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多孔塞p1大压强空间p2小压强空间过程等容等压等温绝热例：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/2=20.8J/(molK)，可得因过程是等压的，得解：1、沿1→a→2；2、沿1→2直线。1、沿1→a→2由1→a为等体过程，A1a=0例：20mol氧气由状态1变化到状态2，试

8、分别求出这两个过程中的A与Q以及氧气内能变化ΔE。氧分子当作刚性理想气体看待。解：1020304050V（L）P（atm)101520o5●1●2a102030405051015