热学-3资料复习课程.ppt

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1、热学-3资料本节给出系统状态变化的一般概念、功及热量的表达式,并对热量的本质予以解释.系统状态变化的一般概念功与热量内能§6.1热与功1.系统状态变化的一般概念(1)热力学系统热力学系统:热力学中所研究的宏观体系.在热力学中往往不考虑系统整体的机械运动.(2)系统状态的变化系统状态变化:理想气体从平衡态I(P1,V1,T1)变化到平衡态II(P2,V2,T2).等温过程:温度T保持不变的过程.PVoI(P1,V1,T1)II(P2,V2,T2)P-V图玻意尔定律等压过程:压强P保持不变的过程.VPoI(P1,V1,T1)II(P2,V2

2、,T2)P-V图盖·吕萨克定律等容过程:体积V保持不变的过程.VPoII(P2,V2,T2)P-V图I(P1,V1,T1)查理定律(3)准静态过程:在过程进行中的任意时刻,系统都无限地接近平衡状态.①平衡过程是实际过程的抽象.②只要热力学过程无限缓慢地进行,都可视作准静态过程.③热力学过程持续时间远大于弛豫时间(一平衡态过渡到另一平衡态所需时间),可视为准静态过程.热力学研究的对象是以准静态过程为基础的.2.功与热量热力学系统的变化过程总是通过外界对系统做功或向系统传递热量两种途径来实现,或二者兼有之.(1)系统变化过程中所做的功气体膨

3、胀推动活塞位移dl所做的功PSdl从状态I变化到状态II,系统所做的功为①功A为P-V曲线下的面积,它不仅与始末状态有关,而且还与过程有关.②气体膨胀dV>0,dA>0,系统对外做正功;气体压缩dV<0,dA<0,系统对外做负功.VPoI(P1,V1,T1)II(P2,V2,T2)V1V2dV(2)热量传热同样可使系统状态发生变化.传热与做功是等效的,它们是系统与外界能量交换的两种基本方式.做功是通过机械运动传递能量的.传热是通过分子热运动传递能量的.热量Q:所传递的热量.C--比热容,单位质量物质温度每升高或降低1K时吸收或放出的热量

4、.3.内能内能E:系统在一定状态下所具有的能量.内能的改变只取决于始末两个状态,而与过程无关.由此可见,内能是系统状态的单值函数.实验表明:系统状态发生变化时,只要始末状态确定,不论过程如何,外界对系统做的功与向系统传递热量的总和不变.系统状态变化过程中,功、热量和内能间满足能量转换和守恒定律——热力学第一定律.热力学第一定律等值过程绝热过程§6.2热力学第一定律与理想气体的变化过程1.热力学第一定律系统状态变化过程中,做功与传热并存,且这些物理量满足系统吸收的热量系统初态内能系统末态内能系统对外做的功热力学第一定律:系统吸收的热量,一

5、部分使系统内能增加,另一部分用于对外作功.讨论:(1)热力学第一定律是包含了热现象在内的能量转换与守恒定律.(2)热力学第一定律的微分形式(3)第一类永动机是不可能实现的.第一类永动机:使系统状态不断变化,最后回到初始状态(E=0),其间无须外界提供热量(Q=0),却能不断地对外作功(A0).(4)热功转换并非直接转换,是通过系统完成的.(5)由热力学第一定律可表示为一般地,系统吸收或放出的热量与过程有关,热量与功都不是系统状态的函数.2.理想气体的等值过程(1)等容过程等容过程:体积V保持不变的过程.VPoII(P2,V2,T2)

6、P-V图I(P1,V1,T1)等容线热源QVAV=0V=0气体吸收的热量:QV气体所做的功:热力学第一定律为:等容过程中,气体吸收的热量全部用于内能的增加.于是有理想气体内能令称为气体的定容摩尔热容量则有定容摩尔热容量CV:在等容过程中,温度每升高或降低1K,1mol气体所吸收或放出的热量,单位为J/molK.它是由气体性质决定的常数(与气体分子的自由度有关).讨论:①微分形式②CV只与分子自由度数有关,是反映气体热力学特性的常数.③内能内能增量与具体过程无关.因此,任何过程的内能增量均可由此式计算.(2)等压过程等压过程:压强P保

7、持不变的过程.气体吸收热量:QP气体做功:PS热源QPP=0AP等压线VPoI(P1,V1,T1)II(P2,V2,T2)P-V图V1V2热力学第一定律等压过程中,气体吸收热量的一部分用来增加气体内能,另一部分用来对外做功.内能气体状态方程因此微分形式令气体的定压摩尔热容量则有定压摩尔热容量CP:等压过程中温度每升高或降低1K,1mol气体吸收或放出的热量,同样是由气体性质决定的常数(与气体分子的自由度数有关).讨论:①CP只与分子自由度数有关,是反映气体性质的热力学常数.②由可得理想气体的CP比CV大一常数R=8.31J/mol·K

8、.迈耶公式等压过程中温度每升高1K,1mol理想气体要多吸收8.31J的热量.与等容过程相比,多吸收的热量用于膨胀时对外做功.气体普适常数R:1mol理想气体在等压过程中温度每升高1K对外所做的功.③比热容