北京化工大学普通物理学8热力学第一定律
45页1、热力学系统状态随时间变化的过程。,热力学过程:, 3.1 准静态过程 quasi-static process,热力学系统:工作物质,(气、液、固),准静态过程:,状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。,微小变化时间 驰豫时间,因内燃机气缸一次压缩时间:102秒,则内燃机气缸压缩近似为准静态过程,无限缓慢:,弛豫时间:系统由非平衡态趋于平衡态所需时间,例. 气缸气体的弛豫时间103s,10-2s,10-2s,对 “无限缓慢” 的实际过程的近似描述。,功的单位:J,膨胀 dV 0,dA 0,压缩 dV 0,dA 0,系统体积由V1增大到V2,系统对外作功为:, 系统对外作功(正功),外界对系统作功(负功),一、 功(体积变化所做的功 ) 1. 功的表示式, 3.2 功 热量 内能,热力学系统与外界传递能量的两种方式:,作功,传热,2. 功的图示法:,(1) 曲线AB下的面积即表示系统在AB过程中作的功。,(2) 功是与过程有关的物理量。,曲线AB下的面积,例:,二、热量 Heat,是传热过程中所传递能量的多少的量度;,系统吸热 :,系统放热 :,三、内能
2、 Internal energy,实验证明系统从 A 状态变化到 B 状态,可以采用做功和传热的方法,不管经过什么过程,只要始末状态确定,做功和传热之和保持不变 .,系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关,与系统所经历的过程无关 .,理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 ,理想气体的内能仅是温度的函数 .,一般气体:,1,外界仅对系统作功,无传热,则,绝热壁,四、功与内能的关系,2,绝热过程,说明,(1) 内能的改变量可以用绝热过程中外界对系统所作的功来量度;,(2) 此式给出过程量与状态量的关系,五、 热量与内能的关系,外界与系统之间不作功,仅传递热量,系统,说明,(1) 在外界不对系统作功时,内能的改变量也 可以用外界对系统所传递的热量来度量;,(2) 作功和传热效果一样,本质不同,The first law of thermodynamics:系统在任一过程中吸收的热量等于系统内能增量和系统对外作功之和。, 3.3. 热力学第一定律,外界与系统之间不仅作功,而且传递热量,则有,讨论,微小过程,1、热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转换定律 。它指出 第一类永动机是不
3、可能制成的。,物理意义,第一类永动机:不需消耗内能,也不需对系统传热,却能不断对外作功的机器。,2、此定律只要求系统的初、末状态是平衡态,至于过程中经历的各状态则不一定是平衡态。,结论:“要科学,不要永动机!”焦耳,例题 一系统由图所示状态a沿acb到达状态b,系统对外作功为126J,吸热为336J。 (1) 若在adb过程中系统作功为42J,问此过程中系统是吸热还是放热?热量是多少? (2) 若系统从b态出发,沿ba曲线返回a态时,外界对系统作功为84J。问此过程中系统是吸热还是放热?热量是多少?,3.4 热容(Heat capacity),一、热容,单位:J/K,热容是一个过程量。,三、理想气体的摩尔热容,二、摩尔热容,单位:J/(molK),1、定体摩尔热容,1mol物质的热容,2、理想气体内能公式(宏观),若过程中 CV,m = 常数,有,因定体摩尔热容为,则对任意过程,理想气体内能为,理想气体内能与体积无关!,3、迈耶公式(理想气体定压和定容摩尔热容的关系),证明:,物理解释?,4、比热比:,5、经典热容:由经典能量均分定理,得,在绝热过程中,内能的增量仍为,3.5 绝热过程
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