第7章 热力学基础 2.ppt

§7-1 热力学第一定律 1. 热力学过程 热力学系统：在热力学中，一般把所研究的物体或物体组称为热力学系统，简称系统。 热力学过程：热力学系统（大量微观粒子组成的气体、固体、液体）状态随时间变化的过程。 如容器中的气体分子集合或溶液中液体分子的集合或固体中的分子集合。 非静态过程 系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平衡态到新的平衡态所需的时间为弛豫时间。 当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一状态都是非平衡态。 准静态过程 当系统弛豫比宏观变化快得多时，这个过程中每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是准静态过程。 在过程中每一时刻，系统都处于平衡态，这是一种理想过程。 热力学过程 例1：外界对系统做功 过程无限缓慢，无摩擦。 非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如果实际压缩一次所用时间为 1 秒，就可以说是准静态过程。 外界压强总比系统压强大一小量△P ，就可以缓慢压缩。 热力学过程 准静态过程（状态1到状态2）气体对外界做功： （1）流体体积变化所做的功 气体对外界作元功为： 准静态过程（状态1到状态2）气体对外界做功与过程有关。 2. 功 热量 内能 以气体膨胀过程为例： （2）热量 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，热量传递可以改变系统的状态。 做功、传热都是过程量。 微观功：通过分子的无规则运动来完成的能 量交换称为微观功。 功、热量、内能 （3）内能 热力学系统在一定的状态下，具有一定的能量，称为热力学系统的内能。 内能的变化只决定于出末两个状态，与所经历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数。 若不考虑分子内部结构，系统的内能就是系统中所有分子的热运动能量和分子间相互作用的势能的总和。 功、热量、内能 3. 热力学第一定律 上式就是热力学第一定律，是包含热量在内的能量守恒定律。 对微小的状态变化过程 热力学第一定律适用于任何热力学系统 所进行的任意过程。 热力学第一定律 热力学第一定律 对微小的状态变化过程 热力学第一定律适用于任何热力学系统 所进行的任意过程。 §7-2 热力学定律对理想气体等值过程的应用 1. 等体过程 气体的摩尔定体热容 等体过程:系统体积在状态变化过程中始终保持不变。 1.1 等体过程 等体过程中，系统对外不作功，吸收的热量全用于增加内能。 1.2 等体摩尔热容 即：理想气体的等体摩尔热容是一个只与分子自由度有关的量。 适应于所有过程 等体过程 气体的摩尔定体热容 等体摩尔热容:一摩尔气体在体积不变时，温度 改变1K 时所吸收或放出的热量。 2. 等压过程 气体的摩尔定压热容 2.1 等压过程 等压过程:系统压强在状态变化过程中始终保持不变。 在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增加内能，另一部分用于对外作功。 等压过程 气体的摩尔定压热容 2.2 定压摩尔热容 又 迈耶公式 注意：一摩尔气体温度改变1K时，在等压过程中比在等体过程中多吸收 8.31J 的热量用来对外作功。 定压摩尔热容: 一摩尔气体在压力不变时， 温度改变1K时所吸收或放出的热量。 等压过程 气体的摩尔定压热容 例题7-1 一气缸中贮有氮气，质量为1.25kg。在标准大气压下 缓慢地加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的 功A、气体内能的增量E以及气体所吸收的热量Qp。 （活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均可略去） 因i=5,所以Cv=iR/2=20.8J/(molK)，可得 解： 因过程是等压的，得 等压过程 气体的摩尔定压热容 叫做比热容比 Cv Cp 比热容比 单原子分子 3 5 1.67 双原子分子 5 7 1.4 刚性多原子分子 6 8 1.3 等压过程 气体的摩尔定压热容 3. 等温过程 等温过程:系统温度在状态变化过程中始终保持不变。 在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。 3. 等温过程 等温过程:系统温度在状态变化过程中始终 保持不变。 在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。 1. 绝热过程 系统