第三章热力学第一定律内能.ppt

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1、第三章热力学第一定律内能作业：8-1、2、3摩尔定容热容摩尔定压热容1.1热力学过程§1热力学第一定律1.2功、热量、内能1.3热力学第一定律§2理想气体的等值过程2.1理想气体的热容量2.2等温过程2.3绝热过程当系统的宏观(整体或局部)状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程。例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，气体的体积，密度，温度或压强都将变化，在过程中的任意时刻，气体各部分的密度，压强，温度都不完全相同。对比回忆：状态1.1热力学过程§1热力学第一定律（2）按过程中经历的各个状态的性质分类:准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态

2、都可近似地看成是平衡态的过程。非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平衡态，整个过程就是非静态过程。（3）按过程的特征分类:等容过程：dV=0等压过程：dP=0等温过程：dT=0绝热过程：dQ=0，Q=0循环过程：dU=0U终态=U初态非静态过程显然,过程的发生，系统往往由一个平衡状态到平衡受到破坏，再达到一个新的平衡态。从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间称为弛豫时间，用τ表示。实际发生的过程往往进行的较快，（如前例）在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态，这种过程为非静态过程。作为中间态的非平衡态通常不能

3、用状态参量来描述。在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀程是一个非静态过程。“自由”指气体不受阻力。如图：气体自由膨胀过程真空初态末态膨胀准静态过程一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态，则此过程为准静态过程。显然，这种过程只有在进行的“无限缓慢”的条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ才可近似看作准静态过程。准静态过程可用P—V图上的一条曲线表示，称之为过程曲线。准静态过程是一种理想的极限，作为基础，我们首先讨论它。OPVV1V2P2Ⅰ(U1)II(U2)P1无摩擦准静态过程无摩擦准静态过程其特点是没有摩擦

4、力，外界在准静态过程中对系统的作用力，可以用系统本身的状态参量来表示1.2功、热量、内能热力学系统状态变化如何实现？mW=mghh水旋转搅拌器PePP=Pe绝热功无摩擦准静态过程F=PSdldxF=2lb'a'dA=Fdl=PSdl=PdV体积变化做功表面张力做功dA=Fdx=2ldx=dSlba液体膜dA>0,是系统对外做功;dA<0,是外界对系统做功可见,做功可引起系统状态变化.做功是系统与外界交换能量的过程,而且是通过宏观的规则运动实现的.我们把机械功、电磁功等统称为宏观功.为表面张力系数功的图示：比较a,b下的面积可知，功的数值不仅与初态和末态

5、有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功与过程的路径有关。（功是过程量）A=ò2V1PdVV12由积分意义可知，功的大小等于P—V图上过程曲线P=P(V)下的面积。VPab传递热量也使系统状态改变,但是要通过分子无规则运动传递能量,称为微观功.热力学系统在一定状态下有一定的内能.内能的改变量只决定于初末两个状态,与所经过程无关.或者说内能是状态的单值函数.1.3热力学第一定律物理量Q、A、U1、U2.系统状态变化时有Q=U2-U1+A.这就是热力学第一定律.说明外界对系统传递的热量,一部分使系统内能增加,一部分用于对外做功.或者说内能是状态的单值函数.对于微小变化

6、过程,热力学第一定律为:它说明第一类永动机是不可能的.只考虑体积功时可写成从PV图上看功:热量和功利用热力学系统实现相互转换.功与过程有关,热量传递也与过程有关.OPVV1dVV2PⅠ(U1)II(U2)适用范围：与过程是否准静态无关。即准静态过程和非静态过程均适用。但为便于实际计算，要求初、终态为平衡态。第一类永动机气体的定容摩尔热容定容过程:V=常量,dV=0V=恒量QOPVⅠIIP2P1A=0V过程方程:P/T=常量定义定容摩尔热容CV:热力学第一定律:(Q)V=U2-U12.1理想气体的热容量§2热力学第一定律对理想气体等值过程的应用微小过程:用于热力学

7、第一定律则有:已知理想气体内能可得从热力学第一定律从分子运动论定容摩尔热容与自由度有关气体的定压摩尔热容定压过程:P=常量,dP=0P=恒量QOPVⅠIIV2V1P热力学第一定律:根据得又过程方程:V/T=常量伴随整个过程的热量定义定压摩尔热容Cp:可得称为迈耶公式.比热容比18JuliusRobertvonMayerJ.R.Mayer原本是一位德国的医生，1840年左右，Mayer的第一篇论文寄给德国物理年鉴，文中提出能量守恒和转换的概念，但此论文被退回并未发表。1842年Mayer重述能量守恒的概念，并根据比热实验数据给出热功当量，此文也未受重视，于1845

8、年自费印发了第三篇论文，