第二章,第一定律.ppt

2.1 热力学概论 1、热力学的研究对象 热力学的方法和局限性 2、系统与环境 系统的性质 ④对于循环过程，状态函数的改变量为零。 可逆过程,外压和内压相差无穷小 结论: ①功与变化的途径有关,虽然始终态相同，但途径不同，所作的功也不相同。 ②可逆膨胀，系统对环境作最大功；可逆压缩，环境对系统作最小功。 ③可逆膨胀与可逆压缩作功大小相等,符号相反。 §2.3 恒容热、恒压热、焓 §2.4 热容 7.热力学第一定律对于理想气体的应用—— 焦耳实验，理想气体的热力学能、焓 §2.5绝热过程（addiabatic process) 绝热过程方程式 例题：在298.2K及标准压力下设环丙烷、石墨及氢的燃烧热分别为-2092、-393.8、-285.84KJ.mol-1, ⑴求环丙烷的生成热⑵若已知丙烯的生成热为20.3KJ.mol-1，求环丙烷异构化为丙烯的反应热。 赫斯定律（Hess’s law） §2.9 实际气体 焦-汤系数定义： 焦耳的生平 焦耳，J.P.（James Prescott Joule 1818～1889） 焦耳是英国物理学家。1818年12月24日生于索尔福。他父亲是酿酒厂的厂主。焦耳从小体弱不能上学，在家跟父亲学酿酒，并利用空闲时间自学化学、物理。他很喜欢电学和磁学，对实验特别感兴趣。后来成为英国曼彻斯特的一位酿酒师和业余科学家。焦耳可以说是一位靠自学成才的杰出的科学家。 焦耳的生平 焦耳最早的工作是电学和磁学方面的研究，后转向对功热转化的实验研究。 1866年由于他在热学、电学和热力学方面的贡献，被授予英国皇家学会柯普莱金质奖章。 1872年—1887年焦耳任英国科学促进协会主席。 1889年10月11日焦耳在塞拉逝世。 焦耳的科学成就 1.焦耳定律的发现 1840年12月，他在英国皇家学会上宣读了关于电流生热的论文，提出电流通过导体产生热量的定律；由于不久Э.х.楞次也独立地发现了同样的定律，而被称为焦耳-楞次定律。 焦耳的科学成就 2.热功当量的测定 焦耳的主要贡献是他钻研并测定了热和机械功之间的当量关系。这方面研究工作的第一篇论文《关于电磁的热效应和热的功值》，是1843年在英国《哲学杂志》第23卷第3辑上发表的。此后，他用不同材料进行实验，并不断改进实验设计，结果发现尽管所用的方法、设备、材料各不相同，结果都相差不远；并且随着实验精度的提高，趋近于一定的数值。最后他将多年的实验结果写成论文发表在英国皇家学会《哲学学报》1850年第140卷上，其中阐明：第一，不论固体或液体，摩擦所产生的热量，总是与所耗的力的大小成比例。第二，要产生使1磅水（在真空中称量，其温度在50～60华氏度之间）增加1华氏度的热量，需要耗用772磅重物下降1英尺的机械功。他精益求精，直到1878年还有测量结果的报告。他近40年的研究工作，为热运动与其他运动的相互转换，运动守恒等问题，提供了无可置疑的证据，焦耳因此成为能量守恒定律的发现者之一。 焦耳的科学成就 3.在热力学方面的成就 1852年焦耳和W.汤姆孙（即开尔文）发现气体自由膨胀时温度下降的现象，被称为焦耳-汤姆孙效应。这效应在低温和气体液化方面有广泛应用。他对蒸汽机的发展作了不少有价值的工作，还第一次计算了有关气体分子的速度。 焦耳的趣闻轶事 1.精确的测量值在几十年里不作大修正 焦耳是一位主要靠自学成才的科学家，他对物理学做出重要贡献的过程不是一帆风顺的。1843年8月，在考尔克的一次学术报告会上，焦耳作了题为《论磁电的热效应和热的机械值》的报告。他在报告中提出热量与机械功之间存在着恒定的比例关系，并测得热功当量值为1千卡热量相当于460千克米的机械功。这一结论遭到当时许多物理学家的反对。 焦耳的趣闻轶事 为了证明这个发现是成功的，焦耳以极大的毅力，采用不同的方法，长时间地反复进行实验。1843年末，焦耳通过摩擦作用测得热功当量是424.9千克米/千卡1千克米=9.8焦耳。1844年通过对压缩空气做功和空气温度升高的关系的实验，测得热功当量是443.8千克米/千卡。尤其在1847年，焦耳精心地设计了一个著名的热功当量测定装置，也就是用下降重物带动叶桨旋转的方法，搅拌水或其他液体产生热量。焦耳用水和鲸油作搅拌液，分别测量，然后取平均值，得到热功当量平均值是428.9千克米/千卡。1849年6月21日，焦耳给英国伦敦皇家学会报告了这个结果。从1849到1878年，焦耳反复作了四百多次实验，所得的热功当量值几乎都是423.9千克米/千卡，这和现在公认值427千克米/千卡相比，只小0.7%。焦耳用惊人的耐心和巧夺天工的技术，在当时的实验条件下，测得的热功当量值能够在几十年时间里不作比较大的修正，这在物理学史上也是空前的。难怪威廉·汤姆孙称赞说：“焦耳具有从观察