大学物理2热力学第一定律

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1、第18章热力学第一定律18.1准静态过程过程中的每一状态都是平衡态(Equilibriumstate)系统状态的变化就是过程。不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。举例1：外界对系统做功u过程无限缓慢非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约10-3秒，如果实际压缩一次所用时间为1秒，就可以说是准静态过程。外界压强总比系统压强大一小量△P，就可以缓慢压缩。准静态过程(平衡过程）（等容升温）平衡过程的实现。+T2dT1+TdT1T1TdT+1T2T2...VP等温线压容等等线线0因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统

2、的状态图，如P-V图（或P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。一、功做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）功是过程量摩擦功：电功：通常：微量功=广义力×广义位移18.2热力学第一定律PdlS功的几何意义:功在数值上等于P~V图上过程曲线下的面积。准静态过程气体对外界做功：pdV1212PoVVV功的几何意义:功在数值上等于P~V图上过程曲线下的面积。pdV例：温度为T的等温过程中，体积由V1到V2系统对外所作的功1212PoVVV二、热量、热力学第一定律热力学第一定律：功能原理——为外界对系统的提供的能量——为系统内能的增量—

3、—为系统吸收的热量——为系统对外作的功为热力学第一定律系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。微小热量：>0表示系统从外界吸热；<0表示系统向外界放热。总热量：积分与过程有关。系统的内能是状态量如同P、V、T等量理想气体：范德瓦尔斯气体：内能的变化：只与初、末态有关，与过程无关。热量是过程量热力学第一定律：amb和anb过程所作的功不同，吸收的热量也不同。所以功、热量和所经历的过程有关，而内能改变只决定于初末态和过程无关。abab..PVOmnVV理想气体：18.3热容量(Heatcapacity)摩尔热容量C，单位：J/

4、mol·K为过程量定压热容量：定容热容量：定义：热容量定容摩尔热容特征：TT12PV0abV热源Q一、等容过程V=const18.4第一定律的应用等值过程等容过程吸收的热量：50K2500K500K~~~~~~356222RRR12.47720.93429.3.832=R12.55=R220.86R=224.9刚性分子J.K.mol)1单位：V的数值C(值随温度的变化H2V的C如果考虑到振动自由度，V是温度的函数C单原子双原子多原子12P21O..VVV特征：dP=0热源PQ二、等压过程P=const令比热容比γ迈耶公式单原子双原子多原子用γ值和实验比较

5、，常温下符合很好，多原子分子气体则较差，氢气T(K)2.53.54.5502705000CP/R经典理论有缺陷，需量子理论。低温时，只有平动，i=3；常温时，转动被激发，i=3+2=5；高温时，振动也被激发，i=3+2+2=7。恒温大热源TQT特征：dT=0dE=0PV1122ppIII..OVV三、等温过程PV=const例将500J的热量传给标准状态下2mol的氢。(1)若体积不变，问这热量变为什么？氢的温度变为多少？(2)若温度不变，问这热量变为什么？氢的压强及体积各变为多少？(3)若压强不变，问这热量变为什么？氢的温度及体积各变为多少？解：(1)

6、2Q==CVE=MmolMRTi2ΔΔTΔ5500==×2×2Q=CVTΔ8.31212K120CT==+TΔT0=MmolMRT0V2lnV1QT=5002×8.31×273=0.11=MmolMRTQV2lnV1=ATT0(2)=MmolMRT0V2lnV1QT=5002×8.31×273=0.11V2V1=e0.111.11=V2V1=1.11×=2×22.4×1.11=50(升)=0.05m3p1V1p2V2==44.850×1=0.89atm8.60CT==+TΔT0V=MmolMRΔpΔTV=2V1+VΔ=V1+MmolMRΔTp2×0.08

7、2×8.6141.8+46.2(升)==QCp=MmolMp=5007×2×8.312=8.6KΔTQCp=MmolMpΔT(3)0.046m3=例1mol氢，在压强为1.0×105Pa，温度为200C时，其体积为V0，今使它经以下两种过程达同一状态：(1)先保持体积不变，加热使其温度升高到800C，然后令它作等温膨胀，体积变为原体积的2倍；(2)先使它作等温膨胀至原体积的2倍，然后保持体积不变，加热到800C。试分别计算以上两种过程中吸收的热量，气体对外作的功和内能的增量；并作p~V图。A=A2=RTVlnV08.31×353×ln2==2033J2=

8、=++QQ1QA2E1Δ=1246+2033=3279JET1===CVΔΔ5×