15.热力学第一定律1.ppt

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§6-1 热力学第一定律 热力学系统,最简单的状态, 平衡状态。 平衡状态的变化 → 系统经历了某个过程。 过程中的任一时刻对应非平衡态,因为系统的状态量不可能均匀分布。(如,气体的扩散、活塞的运动……) 实际上,若系统由非平衡态 → 平衡态的过渡(驰豫)时间相对我们研究问题的时间小的多,系统很快会从非平衡态趋于平衡态,也可以称为准静态过程。 如:一般汽缸尺度,平衡态气体受压缩或膨胀后,经驰豫时间~10-3s后,可达到平衡态,而压缩气体的时间大约为 1s10-3s,所以压缩过程可近似认为是准静态过程。 (实际内燃机的压缩时间~10-2s) 热力学中的功是与系统始末状态和过程都有关的一种过程量。 因为作功一般与过程有关,不说明具体过程,即不给出(P,V)(T,V)的关系,上式无法再计算下去。 §6-2 热力学对理想气体准静态过程的应用 ?与分子结构有关。 简单分子,单原子、双原子分子,?的实验值与上式理论值接近。 如氢分子H2,视为刚性双原子分子, i=5  ?=1.40  而实验值 ?=1.41十分接近。 可以反向判断出,内能(按自由度均分)的正确性, ∵推导中用了理想气体的内能表达式和热力学第一定律,而后者是能经受考验的。 需说明,多原子分子的?,实验与理论有差别,由于多原子间分子的相互作用复杂,产生相互间的振动(非刚性),自由度难以统计。 * * 第六章 热力学基础 研究力学、热学现象的关系及规律。 涉及到机械运动(如气体膨胀,压缩产生的活塞运动),热运动(气体分子)。 方法:从宏观分析,讨论包括热现象在内的能量,功……的表现,更广泛的能量转换与守恒关系。 一、准 静 态 过 程 若过程进行得充分缓慢,使过程中的某一状态到相邻状态的时间比弛豫时间大得多,则每一中间态都可近似地看作平衡态。这样的过程称为准静态过程。 准静态过程 平衡态 平衡态 平衡态:P-V图上一个点。 准静态过程:P-V图上一条 曲线。 以后不加说明都指准静态过程。 对理想气体的准静态过程,理想气体的状态方程始终成立。 非准静态过程无法在PV图上用曲线表示 广义上的内能,是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。 某给定理想气体系统的内能,是组成该气体系统的全部 分子的动能之和,其值为 ,由状态参量 决定,内能 ,是状态参量 的单值函数。 某给定气体系统的内能。只由该系统的状态所决定,在热力学中内能是一个重要的状态量。 若使系统状态改变(通过作功,交换热量等方式),则内能一般将改变。 (作为特例,等温过程使状态变化,但内能不变。) 气体压强 活塞面积 气体系统体积变化过程 所做的功(体积功) 元功 气体膨胀 系统对外做正功 气体被压缩 系统对外做负功 与过程有关 体积从 变到 系统所做的功 沿 a c b 过程的功 沿 a d b 过程的功 (状态方程成立) 热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。 外 界 吸收热量 Q 约定:系统从外界吸收热量为正 若计算结果 则表示系统放热。 系统从某一状态变到另一状态,若其过程不同,则吸或放的热量也会不同,故热量也是过程量 系统对外界放出的热量为负 物体的温度高,内能大,对。 物体的温度高,热量大,不对。 对于一个无限小的过程,热力学第一定律可写成微分形式 热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转化定律的一种表达形式。 该定律的另一种通俗表述是:第一类永动机是不可能造成的。 第一类永动机是指能不断对外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗较少的能量却能得到更多的机械功的循环机器。 的过程中,系统内能的变化及对外作的功。 从b态 回到a态 系统从平衡态a 平衡态b,吸收热量500J,对外作功400J;然后从b态 回到a态,向外放出热量300J。 过程 500 400 100 (J) 300 200 过程 100 (J) 100 (J) 外界向系统作功 (1) (2) 一、摩尔热容(量) 1mol物质,对于某一微小过程,物体与外界交换的热量dQ,物体温度变化dT,则摩尔热容 υ摩尔物质,对于某一过程,温度变化T1→T2, 交换的热量  Q=υCm(T2-T1) 已知υ,⊿T,以及具体过程的摩尔热容,可求出此过程交换的热量Q。 理想气体的物态方程 系统保持体积 不变 过

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