[理学]热力学第一定律

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1、中国人民大学物理系徐靖编?第三讲第三篇热学中国人民大学物理系徐靖编热力学第一定律结构框图热力学系统内能变化的两种量度功热量热力学第一定律等值过程绝热过程循环过程应用（理想气体）重点：内能、功、热量、摩尔热容，泊松比热力学第一定律热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温过程，绝热过程，和各种循环过程。中国人民大学物理系徐靖编热力学基本概念一、热力学系统外界大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。与其比邻的环境称为外界与外界有E交换，无m交换开放系统：封闭系统：孤立系统：与外界有m、E交换与外界无E、m交换绝热例开放系统封闭系统孤立系统中国人民大学物理系

2、徐靖编1.描述系统宏观性质的物理量，如：p、T、V、E...称为系统的状态参量。广延量强度量无可加性，如p、T状态参量有确定值的状态——平衡态二、状态参量、热力学过程热力学研究热力学系统的状态及状态变化2、系统状态变化——热力学过程中国人民大学物理系徐靖编准静态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非平衡态新平衡态每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程，由一系列依次接替的平衡态组成。对“无限缓慢”的实际过程的近似描述。为利用平衡态性质，引入准静态过程或平衡过程：无限缓慢：微小变化时间>>驰豫时间弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间例

3、：气体自由膨胀非静态过程：中间状态不是平衡态气体等温膨胀准静态过程：过程进行得足够缓慢中间状态-平衡态（平衡过程）中国人民大学物理系徐靖编功作功可改变系统的状态有规则动能无规则动能作功的基本特征：机械功电源R电功水水中国人民大学物理系徐靖编热量传热也可改变系统的状态传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。dQ系统外界>0系统从外界吸热<0系统向外界放热微观本质：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。热量是以热传导方式交换的能量的量度中国人民大学物理系徐靖编系统内能热力学主要研究系统能量转换规律1.系统内能E指

4、所有分子热运动能量和分子间相互作用势能例：实际气体理想气体(刚性分子)2.内能E是状态函数内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。中国人民大学物理系徐靖编功和热量的计算注意：非静态过程不适用1.准静态过程的体积功3.内能变化方式做功热传递中国人民大学物理系徐靖编示功图：p-V图上过程曲线下的面积系统对外界做功外界对系统做功循环过程的功中国人民大学物理系徐靖编2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T1T1+dTT1+2dTT1+3dTT2热库T2系统T1有限温差传热—非准静态过程

5、无穷小温差传热—等温过程系统温度从T1T2：中国人民大学物理系徐靖编准静态过程中热量的计算1.热容热容：物体温度升高1K所吸收的热量注意:热容是过程量摩尔热容：1mol理想气体，经某一过程x，吸热Q，温度变化T比热容：单位质量的物体温度升高1K所吸收的热量2.热量计算mol气体，经历某一个准静态过程x，温度由T1变化到T2，吸热QxCx——摩尔热容中国人民大学物理系徐靖编理想气体的内能内能E与p,V,T关系如何？问题：指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能分子自身：分子之间：(i>j)由T决定由V决定对理想气体：相互作用势能pij中国人民大学物理系

6、徐靖编焦耳试验(1845年)温度读数不变膨胀前后气体温度不变打开阀门气体绝热自由膨胀过程中气体的内能仅是其温度的函数绝热内能E是状态函数内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。中国人民大学物理系徐靖编二、理想气体的摩尔热容CV、Cp和内能的计算1.定体摩尔热容CV在定体过程中，1mol理想气体经吸热Q，温度变化T在等压过程中，1mol理想气体经吸热Q，温度变化T2.定压摩尔热容Cp中国人民大学物理系徐靖编1mol理想气体的状态方程为两边对T求导，因p=常量，有迈耶公式比热容比中国人民大学物理系徐靖编3.

7、A与Q比较E改变方式特点能量转换量度做功热传递与宏观位移相联系通过非保守力做功实现机械运动热运动A与温差相联系，通过分子碰撞实现热运动热运动Q在系统状态变化过程中，A、Q、△E间数量关系包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律热力学第一定律中国人民大学物理系徐靖编18能量均分定理如：He，Ne…可看作质点，只有平动。t—平动自由度i=t=3自由度：决定物体空间位置的独立坐标数，用i表示。1.单原子分子i=3i=2i=1中国人民大学物理系徐靖编19质心C平动：（x，y，z）2.双原子分子如：O2，H2，CO…r=2v=1∴总自由度：i=t+r+v=6C(x,y,

8、z)0zxyl轴轴取向：r—转