第9章__热力学第一定律-1,2概述.ppt

* 以观察和实验为依据，从能量的观点来说明热、功等基本概念，以及他们之间相互转换的关系和条件。 2. 掌握自然界的基本规律 热力学第一定律： 能量守恒 热力学第二定律：自然过程的方向 1. 热能是重要的能源 3. 学习唯象的研究方法 （以实验为基础的逻辑推理的研究方法） 第9章 热力学第一定律 一、内能 功和热量 实际气体内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。 理想气体内能 内能是状态量,是状态参量T的单值函数。 内能是状态参量T、V的单值函数。 §9.1 功 热量 准静态过程 系统内能改变的两种方式 作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。 1、做功可以改变系统的状态 摩擦升温（机械功）、电加热（电功） 功是过程量 2、热量传递可以改变系统的内能 热量是过程量 热量是系统与外界热能转换的量度。 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。 * 二、准静态过程 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 始平衡态 一系列非平衡态 末平衡态 准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 1. 准静态过程是理想化过程 平衡即不变 过程是变化 这是一对矛盾？ 非平衡态 ←快 ←无限缓慢 接近平衡态 * 矛盾统一于“无限缓慢” 如何判断“无限缓慢”？ 平衡态破坏 新的平衡态 ? 弛豫时间? : 系统从一个平衡态变到相邻平衡态所经过的时间 ?t过程 ? ：该过程就可视为准静态过程 所以无限缓慢只是个相对的概念。 非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态为非平衡态的过程。 热力学过程 准静态过程 非静态过程 * 2. 准静态过程可用过程曲线来表示 p－V图 p 0 V p－V图上， 一点代表一个平衡态 等温线 等压线 等容线 一条连续曲线代表一个准静态过程。 * 三、准静态过程的功与热量 作功与传热，都能使系统的热力学状态(如内能)发生改变。 1.体积功 S p dl dA = Fdl = pSdl = pdV 系统对外界作正功 dA0 系统对外界作负功 dA0 功是过程量 dV p1 p p2 a V1 V2 V 0 b I * E1 A E2 作功改变系统热力学状态的微观实质： 分子规则 运动的能量 碰撞 分子无规则运动的能量 功是系统与外界交换的能量的量度 2. 热量 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 （也是能量变化的量度） E1 Q E2 * 传热的微观本质是 分子无规则运动的能量 碰撞 高温→低温 分子无规则运动的能量 准静态过程中热量的计算 1、热容法 2、利用热力学第一定律 准静态过程中, T?T+dT: C:该过程中的摩尔热容 Notes: ① C也是过程量. 热量Q也是 “过程量” * e.g.绝热压缩过程：dQ=0, dT0 ? C=0 等温膨胀过程：dQ0, dT=0 ? C?? ②若有限过程中C=const .，则有 * 状态I E1 ? 实验结果：对于任何宏观系统的任何过程，系统 从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外 做的功之和 Q ＝ΔE + A ΔE＝Q+(-A) 热力学第一定律 ——反映热现象中能量转化与守恒的定律 状态II E2 A Q 符号规定: 系统吸热 Q 0; 系统内能增加 ?E 0; 系统对外界作功 A 0 对于任一元过程 §9.2 热力学第一定律 * ?另一种表述：第一类永动机是不可能制成的。 Q=0 ?E=0 A0 既要“马儿跑”(A0)，又要“马儿不吃草”(Q=0)，还要“马儿不掉膘”(?E=0) ，这是不可能的。 ? 热力学第一定律适用于任何系统(气液固…)的任何过程(非准静态过程也适用)。 ?对准静态过程，可以分别表示为： dQ ＝ dE + pdV 或者： * 理想气体的等值过程 1.等体过程 p V V1 0 p1 p2 I II ∵ dV=0，dA=pdV=0 2.等压过程 p V V1 0 p1 V2 I II * 3. 等温过程 p V V1 0 p1 V2 I II p2 ∵ dT=0， dE=0 说明气体等温膨胀过程(V2V1)时, QT=AT0,气体从外界吸收热量，并对外界做正功; 气体等温压缩(V2V1)时, QT=AT0，外界对气体做正功，同时气体对外界放热。 * 例1：