材料热力学第一章-2热力学能和热力学第一定律.ppt

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1、§1-5热力学能和热力学第一定律一、热力学能也称为内能，符号为U，单位为J。热力学能是状态函数1微观上理解热力学能:热力学能系统内所有粒子的动能之和系统内所有粒子间势能之和所有粒子内部的能量之和即系统内部的能量化学能，电子的能量，核能，放射能，其它未知的能量2封闭系统:U=Q+W其中：U为系统热力学能的增加，Q为系统吸收的热，W为系统接收的功；而dU为系统热力学能的微量增加，δQ为系统吸收的微量热，δW系统接收的微量功。二、热力学第一定律（包括体积功和非体积功）或dU＝δQ＋δW热力学第一定律就是能量守恒与转化定律封闭系统热力学第一定律数学表示式3热力学第

2、一定律的文字表述：①任何系统在平衡态时有一状态函数U，叫热力学能。封闭系统发生状态变化时其热力学能的改变量等于变化过程中系统所吸收的热量加上环境对其所做的功。4②能量既不能创生也不能消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。③另一种说法：第一类永动机是不可能造成的。一种既不靠外界提供能量，本身也不消耗能量，却可以不断对外作功的机器，称为第一类永动机。5U=Q+W或dU＝δQ＋δWa、限制条件：封闭系统；b、为经验式，非理论推导所得。其正确性表现为从热力学第一定律所导出的结论尚无一例与事实有矛盾；c、热力学规定系统吸热，Q＞0，系统放热，Q＜0；环境作功，W＞0，

3、系统作功，W＜0。6d、意义：封闭系统在任何热力学过程中，系统热力学能的增加等于系统吸收的热与环境作的功之和。e、dU＝δQ＋δW是热力学第一定律的微分形式，其意义为：封闭系统在微小的热力学变化中，系统热力学能的微量增加等于系统吸收的微量热与环境作的微量功之和。7由热力学第一定律所得的推论：⑴对于隔离系统，由于Q=0，W=0，故ΔU=0。隔离系统内进行任何过程，其热力学能总是不变；⑵对于绝热封闭系统，由于Q=0，故有ΔU=Wad。封闭系统在绝热过程中，环境作的功全部用来增加系统的热力学能；⑶对于恒容过程，由于V不变，W=0，故有ΔU=QV。封闭系统，无非体积功

4、的等容过程中，系统吸收的热全部用来增加它的热力学能；8§1-6等容过程热QV、等压过程热Qp,焓H一、等容过程热QVQV＝U或δQV＝dU上式表明：在等容且W′＝0的过程中，封闭系统从环境吸的热等于系统热力学能的增加。或在等容且W′＝0的过程中，封闭系统从环境吸的微量热等于系统热力学能的微量增加。等容且W'＝0的过程，W＝0或δW＝09二、等压过程热Qp及焓H若W′＝0，依据热力学第一定律得，U=Qp-psuV即U2-U1=Qp-psu(V2-V1)因p1=p2=psu所以U2-U1=Qp-(p2V2-p1V1)或Qp=(U2+p2V2)-(U1+p1V

5、1)=(U+pV)定义焓H10则Qp=H或δQp=dH(封闭，等压，W′=0)表明：在等压及W´＝0的过程中，封闭系统从环境所吸收的热在数值上等于系统焓的增加。11焓H代表U和pV之和的符号，是状态函数，单位是J。H是一广度性质。其变化值H由始终态决定，与途径无关。H=U+(pV)=U+(p2V2-p1V1)dH=dU+pdV+Vdp焓变H可按下式计算：H就是U+pV某些特殊过程的焓变有物理意义.12封闭系统封闭系统、等容、非体积功=0封闭系统、等压、非体积功=013对于一定量组成不变的封闭系统，经验证明：T、p、V三个变量任选两个，可以决定系

6、统的状态。例如U=f（T，p）.那么微小的热力学能变化dU为：14如果把U看成T，V的函数，U=f（T，V）.那么微小的热力学能变化为：显然如果把H看成T，V的函数，H=f（T，V）.那么dH=?15H2(g)和O2(g)在绝热钢瓶中发生反应生成H2O(g)，温度升高。问W、Q、U、H何者为零？1610mol273Kp1=100kPaV1=0.227m310mol273Kp2=10kPaV1=2.27m3（1）真空膨胀至终态（2）恒外压p=10kPa膨胀至终态（3）恒外压p=50kPa膨胀至V’，然后p=10kPa膨胀至终态（4）外压p比内压差dp,可逆膨

7、胀至终态求系统所做的体积功。有何结论？17