北京化工大学普通物理学8热力学第一定律

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1、热学Heat第3章热力学第一定律热力学系统状态随时间变化的过程。热力学过程：§3.1准静态过程quasi-staticprocess热力学系统：工作物质（气、液、固）准静态过程：状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。气体活塞砂子12微小变化时间>>驰豫时间因内燃机气缸一次压缩时间：10－2秒则内燃机气缸压缩近似为准静态过程无限缓慢：弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间10-3s例.气缸气体的弛豫时间～10－3s…10-2s10-2s对“无限缓慢”的实际过程的近似描述。功的单位：JpS膨胀→dV

2、＞0，dA＞0压缩→dV＜0，dA＜0系统体积由V1增大到V2，系统对外作功为:→系统对外作功(正功)→外界对系统作功(负功)一、功（体积变化所做的功）1.功的表示式§3.2功热量内能热力学系统与外界传递能量的两种方式:作功传热2.功的图示法：(1)曲线AB下的面积即表示系统在AB过程中作的功。(2)功是与过程有关的物理量。曲线AB下的面积例：二、热量Heat是传热过程中所传递能量的多少的量度；系统吸热：系统放热：三、内能Internalenergy2AB1**2AB1**实验证明系统从A状态变化到B状态，可以采用做功和传热的方

3、法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变.系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关.理想气体内能:表征系统状态的单值函数,理想气体的内能仅是温度的函数.一般气体：1外界仅对系统作功，无传热，则绝热壁四、功与内能的关系2绝热过程说明(1)内能的改变量可以用绝热过程中外界对系统所作的功来量度；(2)此式给出过程量与状态量的关系五、热量与内能的关系外界与系统之间不作功，仅传递热量系统说明(1)在外界不对系统作功时，内能的改变量也可以用外界对系统所传递的热量来度量；(2)作功和传热效果一样，本质

4、不同Thefirstlawofthermodynamics：系统在任一过程中吸收的热量等于系统内能增量和系统对外作功之和。系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定§3.3.热力学第一定律外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有讨论微小过程1、热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转换定律。它指出第一类永动机是不可能制成的。物理意义第一类永动机：不需消耗内能，也不需对系统传热，却能不断对外作功的机器。2、此定律只要求系统的初、末状态是平衡态，至于过程中经历的各状态则不一定是平衡态。结论：“要

5、科学，不要永动机！”—焦耳例题一系统由图所示状态a沿acb到达状态b，系统对外作功为126J，吸热为336J。(1)若在adb过程中系统作功为42J，问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？(2)若系统从b态出发，沿ba曲线返回a态时，外界对系统作功为84J。问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？3.4热容（Heatcapacity）一、热容单位：J/K热容是一个过程量。1、定压热容（压强不变）2、定体热容（体积不变）设系统温度升高dT，所吸收的热量为dQ系统的热容：三、理想气体的摩尔热容二、摩尔热容单位：J/(mol·K)1

6、、定体摩尔热容1mol物质的热容2、理想气体内能公式（宏观）若过程中CV,m=常数，有因定体摩尔热容为则对任意过程，理想气体内能为理想气体内能与体积无关！3、迈耶公式（理想气体定压和定容摩尔热容的关系）证明：物理解释？对理想气体，热力学第一定律可表为4、比热比：5、经典热容：由经典能量均分定理得室温下气体的值He1.671.67Ar1.671.67H21.401.41气体理论值实验值N21.401.40O21.401.40CO1.401.29H2O1.331.33CH41.331.35在绝热过程中，内能的增量仍为§3.5绝热过程a

7、diabaticprocess特征：根据热力学第一定律：系统在绝热过程中始终不与外界交换热量。良好绝热材料包围的系统发生的过程进行得较快，系统来不及和外界交换热量的过程过程方程对无限小的准静态绝热过程有讨论：绝热膨胀——对外作功——内能减少——温度降低绝热压缩——外界作功——内能增加——温度升高绝热过程的过程方程(1)从数学角度：等温线在A点的斜率为：绝热线在A点的斜率为：(2)从物理方面：体积增加时，压强降低等温：体积增加。绝热：体积增加,温度降低。从图中看出：绝热线比等温线陡些。绝热线等温线微分过程曲线绝热过程中，理想气体不吸收

8、热量，系统减少的内能，等于其对外作功。绝热过程中功的计算绝热自由膨胀非平衡态平衡态(初)非准静态过程，则PVg＝C不适用平衡态(末)服从热力学第一定律，因得气体经绝热自由膨胀，内能不变！【思考】温度变吗？自由膨胀能量守恒思考：初态和末