热学第10章热力学第一定律ppt课件.ppt

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1、第十章热力学第一定律1△§10.8致冷循环§10.1准静态过程△§10.2功§10.4热容量§10.5绝热过程§10.6循环过程§10.7卡诺循环第十章热力学第一定律△§10.3内能、热量、热力学第一定律2始平衡态一系列非平衡态末平衡态过程进行的任一时刻，系统状态并非平衡态。热力学中为了利用平衡态的性质，需要引入准静态过程的概念。§10.1准静态过程热力学系统从一个状态变化到另一个状态，称为热力学过程，简称“过程”。3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。←快非平衡态准静态过程是理想化过程，是实际过程近似。←缓慢接近平衡态非准静态过程准

2、静态过程4过程只有进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。如何判断“无限缓慢”？引入弛豫时间：平衡破坏恢复平衡经历当t过程>时，过程就可视为准静态过程。无限缓慢是个相对概念。5气体压强p的弛豫时间：L~101m~10-3s气缸线度分子热运动平均速率~102m/s活塞运动周期t~10-2s>p~10-3s，所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。例如，内燃机气缸内中气体经历的过程：6(p2,V2)(p1,V1)(p,V)过程曲线准静态过程用过程曲线描述：VOp改变系统状态的方法：1.作功2.传热一个点代表一个平衡态7△§10.2功体积功dA=pdV—过程量此外还有摩擦功、电流

3、功、电磁场的功等。通过作功改变系统热力学状态的微观实质：分子规则运动的能量通过碰撞转变为分子无规则运动的能量—热运动能量。V1VV+dVV2V0pdA=pdVdA是微小量，非全微分。系统对外界作功：8如图，系统经历一个有摩擦的准静态过程，无摩擦的准静态过程fpp气既不是系统对外界作的功，因为系统压强p气外界压强p。只有在无摩擦的准静态过程中，它才是系统对外作的功，也是外界对系统作功的负值。也不是外界对系统作功的负值。则因有热量产生，有摩擦的准静态过程不可逆。9△§10.3内能，热量，热力学第一定律热力学是独立于统计物理的。对于内能和热量这些基本概念及其度量，热力学和统计物理都有各自明确的

4、定义。独立于气体动理论，本节将讲述热力学中的内能和热量的概念及其度量。10一.内能1A绝热Ⅱ2系统状态可以只通过绝热作功来改变。例如，由水、叶轮和电阻组成的系统：绝热壁A绝热ⅠR水（机械功）绝热壁A绝热ⅡRI水（电流功）具有相同的始末、态1A绝热Ⅰ211实验表明：由此可定义系统的一个状态量—内能E。定义内能E的增量满足关系：—与手段、过程无关对绝热过程，只要状态1和2确定，就有：上式同时给出了内能的度量方式：可用绝热做功多少进行度量。12二.热量E1E2Q定义热量：Q>0系统吸热Q<0系统放热考虑一个只传热不作功的过程：热量：通过温度差传递的能量，用Q表示。传热的微观本质是：分子无规则运动

5、的能量通过碰撞从高温物体向低温物体传递。系统状态可以只通过传递热量来改变。dQ系统外界不作功Q13若系统与热源的温度差有限，T1+dTT1+2dTT1+3dTT2若传热过程“无限缓慢”，或保持系统与外界无穷小温差—准静态传热过程（可逆过程）准静态传热过程—无限小温差热传导T1系统T2T1系统T1T2有限则所进行的有限温差热传导是非准静态过程（不可逆）。14A>0系统对外作正功，Q>0系统吸热。—热力学第一定律三.热力学第一定律实验表明：热量、内能和功之间的关系是：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量加上系统对外界作的功。15对任意元过程：热力学第一定律是热现象中的能量转化与守恒的定律，

6、因此适用于任何热力学系统的任何过程，对非准静态过程也成立。内能E是状态量，功A是过程量，由热力学第一定律可知，热量Q必然是过程量。违反热I律的“永动机”称为“第一类永动机”。第一类永动机【TV】16焦耳定律实验现象：稀薄气体在自由膨胀过程中，温度保持不变，是绝热自由膨胀过程。结论：理想气体内能E只与温度T有关，与体积V无关：绝热壁导热壁17§10.4热容量系统温度升高1度所吸收的热量。一.摩尔热容量定压热容量定体热容量（体积不变）（压强不变）热容量：18定压摩尔热容量定体摩尔热容量1mol物质温度升高1度所吸热量摩尔热容量：—摩尔数热容量是与过程、温度有关的，由实验测量。在温度变化不大的

7、情况下，可当作常数。19二.理想气体的内能1.等体过程系统作功和吸热：根据热I律：T+dTV2.任意元过程只与状态1、2有关，与元过程无关，因此计算可选择一条方便路径：等体＋等温过程0Vp任意元过程(E+dE,T+dT)1(E,T)220一般情况下可认为CV,m与过程、温度无关，内能是状态函数，所以理想气体内能：dEVdETT+dTV0Vp任意元过程(E+dE,T+dT)1(E,T)2=021三.迈耶公式对理想气体，考虑