热学03.热力学第一定律

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1、华中科技大学管理学院学习热力学的意义1.掌握自然界的基本规律热一：能量守恒热二：自然过程的方向2.学习唯象的研究方法以实验为基础的逻辑推理的研究方法3.熵（S）的概念与“信息技术”密切相关4.热能是重要的能源，也是维持生命的主要来源1华中科技大学管理学院第三章热力学第一定律（Firstlawofthermodynamics)§3.1准静态过程§3.2功§3.3热量、热力学第一定律§3.4热容§3.5绝热过程§3.6循环过程§3.7卡诺循环§3.8致冷循环2华中科技大学管理学院§3.1准静态过程（quasi-staticprocess）热力

2、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”）。过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。一系列非始平衡态末平衡态平衡态热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。3华中科技大学管理学院准静态过程：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。准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似。←快←缓慢非平衡态接近平衡态非准静态过程准静态过程4华中科技大学管理学院平衡即不变矛盾统一于“无限缓慢”过程即变化只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。如何判断“无限缓慢”？引入弛

3、豫时间（relaxationtime）：平衡破坏恢复平衡t过程>：过程就可视为准静态过程所以无限缓慢只是个相对的概念。5华中科技大学管理学院例如分析内燃机气缸内的气体经历的过程：气体压强的弛豫时间：L容器的线度pv分子热运动平均速率气缸线度：L~10-1m~10-3sp分子平均速率：v~102m/s内燃机活塞运动周期t~10-2s>p所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。6华中科技大学管理学院准静态过程可以用过程曲线来表示：p(p1,V1)一个点代表一个平衡态过程曲线(p,V)(p2,V2)OV改变系统状态的方法：1.作功

4、2.传热7§3.2功（work）华中科技大学管理学院一.功（work）通过作功可以改变系统的状态体积功dA=pdVpdA=pdVV2ApdVV1─过程量摩擦功dA=fdlOrV1VV+dVV2V电流的功dA=Udq=UIdt碰撞通过作功改变分子规则运动的能量系统的热力学状分子无规则运动的能量态的微观实质：8华中科技大学管理学院[例]mol理想气体，T不变，V1V2求：等温过程中系统对外做功？解：由理想气体状态方程pVvRTV2V2RTApdVdVVV11VVRTln2V19华中科技大学管理学院二.内能（interna

5、lenergy）A绝热ⅠA绝热Ⅱ1212绝绝热热壁水壁水A绝热ⅠRRA绝热ⅡI10华中科技大学管理学院实验表明：只要1和2状态确定，则AA—与过程无关绝热I绝热II由此可定义系统内能E，令E的增量满足关系：EEA21绝热12（外界）E—状态量，EE(T,V)实验和理论都表明：EE(T)理气11华中科技大学管理学院从微观上看，系统的内能包括：(1)分子热运动的能量；(2)分子间势能和分子内的势能；(3)分子内部、原子内部运动的能量；(4)电场能、磁场能等。T不太大时，系统状态的变化主要是热运动的能量变化和分子间的势能变化其它形式的

6、运动能量不改变。i气体动理论：E理气RT（刚性）212§3.3热量，热力学第一定律华中科技大学管理学院一.热量（heat）：通过温度差传递的能量（定性）由内能可进一步给出热量的定量的定义。考虑一个传热不作功的过程：E1QE2定义：Q（E2E1）不作功外界不作功Q>0系统吸热系统dQQQ<0系统放热碰撞传热的微分子无规则运动的能量观本质是:从高温物体向低温物体的传递13华中科技大学管理学院二.热力学第一定律(firstlawofthermodynamics)EAE一般情况：12Q实验表明：Q(EE)AEA（热一律）21系

7、统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外界作功之和。A>0系统对外界作功Q>0系统从外界吸热Q─过程量对任意元过程：dQdEdA14华中科技大学管理学院p循环过程：E=0“第一类永动Q机”不存在。A=QOV热力学第一定律是热现象中的能量转化与守恒的定律。热力学第一定律适用于任何系统的任何过程（非准静态过程亦成立）。15华中科技大学管理学院§3.4热容（heatcapacity）一.摩尔热容（量）定义系统温度升高1度所吸收的热量为系统的dQ热容量，即：CdTdQ定体热容量CV（）V（体积不变）dTdQ定压热容量Cp（）p（压

8、强不变）dT16华中科技大学管理学院一摩尔物质温度升高1度所吸收的热量叫摩尔热容量，即：1dQC()——摩尔数mdT1dQ定体摩尔热容量CV,m()VdT1dQ定压摩尔