热力学第一定律2

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1、第三章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics本章主要内容§3-1准静态过程§3-2功内能热量§3-3热力学第一定律§3-4摩尔热容§3-5绝热过程§3-6循环过程§3-7Carnot循环§3-8致冷循环第三章热力学第一定律研究物质热现象的理论有两个分支，即统计物理（统计力学）和热力学。热力学——宏观理论，用实验的方法研究宏观热力学系统（特别是气体）所遵循的基本规律。它分为平衡态热力学和非平衡态热力学。建立热量是能量传递的量度的概念。本章主要介绍平衡态热力学理论的基础知识，即热力学第一定律和热力学第二定律。与统计物

2、理不同，热力学不涉及微观领域的分子原子的运动规律，但它的一些结果与统计物理的一致。第三章热力学第一定律§3-1准静态过程Quasi-staticProcess准静态过程可以看成是由无限多个依次接替的平衡态组成，它在p-V图上，可用一条实线来表示，称之过程曲线。曲线对应的方程成为过程方程。如等温过程的过程方程：pV=C热力学过程（简称为过程）——从一个平衡态到另一个平衡态的变化过程。过程本身要求系统状态参量变化，所以一个过程的中间态不再是平衡态。理论上往往希望用平衡态的理论去处理一个过程。引入准静态过程就是为解决上述问题。在过程进行当中，任何时刻

3、的中间状态都无限接近于平衡态，这样的过程称为准静态过程，也称平衡态过程。Quasi-staticProcess.(p2,V2).(p1,V1)VPO§3-1准静态过程说明：准静态过程是理想的极限过程，并要求过程进行得无限缓慢。“无限”是相对的。假设用迟豫时间表示系统从非平衡态到平衡态过渡所需的时间，那么，如果我们考察的系统状态经历一个微小的（但又可测到）的变化，所经历的时间大于迟豫时间，就可认为它“无限接近于”平衡态。非平衡态过程准静态过程§3-1准静态过程微小变化时间>>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

4、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准静态过程可用状态曲线表示(准静态过程是可逆的)等压过程等体过程等温过程绝热过程§3-2功内能热量Work,InternalEnergyandQuantityofHeat1.功和内能按照气体动理论，内能是指大量做热运动的分子所具有的总能量。在热力学中，只从宏观角度去理解：内能是热力学系统特有的一种能量形式；是系统状态参量的单值函数。实验表明：对一个热力学系统，可以通过做功的方式改变系统的宏观状态。如：搅拌液体使其温度升高，通

5、电加热，压缩活塞使汽缸内气体压强和温度升高等。§3-2功内能热量过程量作功是能量传递和转化的方式；功的量值是能量传递和转化的量度。功是过程量，能量是状态量。涉及到热力学系统的功，意味着通过作功的方式，将外界其他形式的能量输入到系统，并转化为内能；或将系统的内能输出外界，使系统内能减小。如：机械能或电能内能作功使系统状态参量改变，从而使内能变化。准静态过程中功的计算当系统体积为V=xS时，作用于活塞的力为Fx=pS，活塞位移dx，则系统对外界做元功：总功：元功：§3-2功内能热量以活塞为例子导出的功的计算公式是普遍成立的。这是热力学中特有的“

6、体积功”。p-V图上过程曲线下的面积表示该过程的功。说明：准静态过程有：当dV>0时，>0，(dx>0，Fx>0)；当dV<0时，<0，(dx<0，Fx>0)。一般把系统对外做负功称为“外界对系统做功”。§3-2功内能热量功不仅与系统的始、末状态有关，而且与所经历的过程有关。功是一个过程量。VPA12VPA'12[例]试求理想气体准静态的等体、等压和等温过程中功的计算公式。假定系统初态和末态的体积V1为和V2。解：（1）等体过程（2）等压过程例.理想气体准静态等温膨胀做的功【思考】如何实现这一准静态过程？热库TT–dT绝热壁热库TT＋dT等

7、温过程温度：体积：等温膨胀，做正功；等温压缩，做负功。理想气体准静态等温膨胀做的功：例.理想气体准静态等温膨胀吸的热温度：体积：理想气体准静态等温膨胀吸的热，等于系统对外作的功：热库TT–dT吸热热库TT＋dT放热2.热量Joule深信热是大量微观粒子机械运动的宏观表现，并于1840-1879年间，做了大量实验，精确地求得了热量和功在数量上的等当关系（即热功当量）。从而揭示出热量的本质：热量——传递中的能量。做功不是改变系统状态的唯一方式，另一种方式是传递热量（传热）。如：两个有温差的系统相互达到热平衡的过程就是靠传热。热量的本质是什么？微粒的机

8、械运动？“热质说”？从气体动理论的角度看，热量是一种与大量分子热运动相联系的能量形式，它是传递过程中的热运动能量，是过程量，它区别于热力