第18章 热力学第一定律.ppt

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1、本章要点：从能量角度出发，研究热力学系统状态变化时有关热功转换的规律和应用。§18.1功、热量、热力学第一定律§18.2准静态过程§18.3热容量§18.4绝热过程§18.5﹠18.7循环过程、致冷循环§18.6卡诺循环第18章热力学第一定律1§18.1功热量热力学第一定律1.过程：当一个系统状态发生变化时，…系统经历了一个过程。问题：当一个系统经历过程时，其能量上如何变化？2.热力学第一定律给定一个系统：保守系统：质心系：E：系统内所有分子的无规则运动动能和分子间势能的总和，且内能是状态量。理想气体

2、系统：2的理解：做功、热传递。做功：系统有宏观位移发生。有规则动能无规则能量做功的基本特征：热传递：系统无宏观位移发生。传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。“热量”—被传递的能量.>0系统从外界吸热<0系统向外界放热微观本质：分子无规则运动能量从高温物体向低温物体转移或传递；实质是做微观功的过程。注意：传热与过程有关，热量是一个过程量。3结论：做功和热传递都是通过做功的方式改变系统状态。>0,系统对外界做功；<0,外界对系统做功;=0,不做功。4§18.2准静态过程--理想过程！1.概念：（1）

3、准静态过程：过程进行中的每一时刻，系统都无限接近平衡态;只有在“无限缓慢”的条件下才能实现。（2）弛豫时间：系统从非平衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。例如：外界对系统做功，过程无限缓慢。Ｆ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大于10-3,如为1秒，该过程就可以说是准静态过程。5注意：非准静态过程不能用状态图上的曲线表示。准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图、P-T图或V-T图中一条曲线表示。VoP循环过程P-V图中：一个“点”表示一个平衡态；一条“曲线

4、”表示一个准静态过程。2.准静态过程的表示：63.准静态过程中的功、热量和内能(1)功体积功：热力学系统体积变化时对外界所作的功。A>0系统对外界做功；A<0外界对系统做功。A=0不做功。注意：a.PV图上曲线下面积表示体积功大小。b.功不是系统状态的特征，而是过程的特征。bP1V1P2V2PVV1V2VV+dVa(2).热量系统通过热传递过程与外界交换能量的量度为热量Q。热量与功一样是过程量!Q>0Q<0从外界吸收热量系统向外界放热(3).内能内能是状态量通常理想气体的内能仅仅是温度的单值函数。8（

5、适用一切系统一切过程）热力学第一定律若加些限制条件，热力学第一定律的微分式可以表示为：9单位：J/K§18.3热容1.热容C：单位：J/kg·K2.比热（容)c：3.摩尔热容Cm：单位：J/mol·K4.定体摩尔热容CV,m：105.定压摩尔热容Cp,m——迈耶公式热容量与过程有关！11单原子分子：刚性双原子分子：刚性多原子分子：6.比热比γ127.热力学第一定律在理想气体准静态过程中的应用or（1）等体过程过程方程由热力学第一定律热量内能V=Constant功pp2p10VⅠⅡ13（2）等压过程过程

6、方程：orp=ConstantpV1V2V0abp014(3)等温过程过程方程:或0V1V2Vpp1p2abT=ConstantorpV=Constant由热力学第一定律15特征：1.理想气体准静态绝热过程由取全微分：由热力学第一定律（2）代入（1）：§18.4绝热过程16绝热过程方程绝热过程系统对外做功pV0绝热线等温线绝热线比等温线陡等温绝热172.理想气体绝热自由膨胀过程。求达到平衡后，P=?抽去！初态（P0,V0,T0）末态解:绝热，温度不变。由热一律，不做功，故：Q=0，A=0。内能不变。由

7、理想气体状态方程：（P,2V0,T0）18应用：气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞迁移到小压强空间的过程称为节流过程。正焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；对理想气体经历节流过程：说明理想气体经历节流过程后温度不变。对真实气体，节流膨胀后温度要发生变化。因为分子间存在相互作用的势能。负焦耳--汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高多孔塞p1大压强空间p2小压强空间19过程等容等压等温绝热20例1：气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气压下缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的功A、气

8、体内能的增量E以及气体所吸收的热量Q。（活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均略去）首先判断该过程为等压过程：解：211、沿1→a→2；2、沿1→2直线。1、沿1→a→2由1→a为等体过程，A1a=0例2：20mol氧气由状态1变化到状态2，试分别求出这两个过程中的A与Q以及氧气内能变化ΔE。氧分子当作刚性理想气体看待。解：2210203040505101520V（L）012aP（atm)由a→2为等压过程，2310203040505101520V（L）01