第18章-热力学第一定律.ppt

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1、第18章热力学第一定律TheFirstLawofThermodynamics研究物质的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亮度的概念。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。与统计物理不同，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。§18.1准静态过程Quasi-staticProcess过程准静态过程系统从某一平衡态开始经历一

2、系列的中间状态到达另一平衡态的过程。热力学过程1221准静态过程在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态，也称平衡态过程。每一微小过程均是平衡过程非准静态过程系统经历一系列非平衡态的过程说明(1)准静态过程是一个理想的极限过程，并要求过程进行得无限缓慢；(3)准静态过程在状态图上可用一条曲线表示（如图），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(2)除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；OVp“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

3、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§18-2功热量热力学第一定律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，或是向系统传递热量的方式改变系统的宏观状态。如：搅拌液体使其温度升高，通电加

4、热，压缩活塞使汽缸内气体压强和温度升高等。过程量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，总功元功：则系统对外界做元功：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“体积功”。p-V图上过程曲线下的面积表示该过程的功。说明：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”。[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

5、（2）等压过程（3）等温过程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：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，它区别于热力学系统的内能（状态量）。热量——传递中的能量。热量Q与做功A的

6、异同：相同点：都是过程量；都改变了系统的状态。不同点：做功——通过物体的宏观位移完成（宏观功）；把有规则的宏观机械运动能量转换成系统内分子无规则热运动能量，引起系统内能发生变化。传热——通过分子热运动频繁地碰撞来完成（微观功）。系统外分子无规则热运动传递给系统内分子，使其热运动加剧，引起系统内能发生变化。设系统从外界吸取热量记为Q，系统对外界做功记为A。约定：Q>0表示系统吸热，Q<0实际为系统向外界放热；A>0表示系统对外做正功，A<0实际为外界对系统做正功。只要求系统的初末状态是平衡态，过程中经历的各状态不一定是平衡态；定律并不涉

7、及传热和做功的具体方式。例如：物质在相变过程中释放或吸收的潜能（熔解热、汽化热等），内部化学反应释放或吸收的能量，都视为从外界的吸热。说明：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的具体表现。它适合于任何热力学系统的任何热力学过程。热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和对外做功的之和。代数和或3.热力学第一定律如果第一定律应用于准静态过程，则有或应用于理想气体，则内能仅是温度的函数E=E(T)。[例1]试求理想气体准静态的等温过程中，系统吸热的计算公式。假定系统温度为T，初态和末态的体积V1为和V2。解：等温过程的功

8、为因理想气体，E=E(T)，对等温过程有E1=E2，由热力学第一定律[例2]-84.35J[例3]教材例18.2（p.51）已知：n=1mol水全部汽化，p=1atm，T=373K，Vl,m=18.8cm3