第七章 热力学第一定律第1次课2014.ppt

三、等压过程（dp=0) 定压摩尔热容 过程方程 V/T = 常量 V p O a b 等压线 V2 V1 过程曲线 系统对外界作的功 内能变化利用气体的定体摩尔热容计算 等压过程吸收的热量 第七章 热力学第一定律 本章主要研究： 热力学第一定律 热力学系统及其宏观量 热力学系统的等值过程 热力学系统的循环过程 一、热力学过程： 热力学系统的状态随时间发生变化的过程，称为热力学过程(过程) 例：活塞压缩汽缸内的气体时，气体的密度、 压强、 温度都在变化。 7.1 热力学过程 二、非静态过程 非静态过程：从原平衡态破坏到新平衡态建立，系统经历了一系列非平衡态。 理想气体自由膨胀过程：典型的非静态过程 弛豫时间τ ：从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。 如果系统变化很快，平衡态被破坏而新平衡态总来不及建立，则系统经历了一系列非平衡态。 任意时刻的中间态都无限接近于平衡态 准静态过程是一种理想过程 三、 准静态过程（准平衡过程） 准静态过程的图示：p—V图 A B 以活塞运动为例： 活塞移动越慢越趋近准静态过程。 p—V图上的一条曲线：表示由一系列平衡态组成的准静态过程，此曲线称之为过程曲线 p—V图上的一点：表示系统的一个平衡态 A B 本课程，限于讨论准静态过程 如图所示，当气缸中的活塞迅速向外移动从而使气体膨胀时，气体所经历的过程 是准静态过程，它能用p─V 图上的一条曲线表示 不是准静态过程，但它能用p─V 图上的一条曲线表示 不是准静态过程，它不能用p─V 图上的一条曲线表示 是准静态过程，但它不能用p─V 图上的一条曲线表示 答：C 概念检测 7.2 热力学第一定律 热力学第一定律是在研究热功转换问题时提出来的 涉及热量、内能和做功 当活塞移动微小位移dl 时，气体对外界所作的元功 V 是系统体积 p V T S Fe F 如图所示，考虑无摩擦准静态过程的功 7.2.1 准静态过程的功 功的几何意义 功是一个过程量! 功的大小等于pV 图上过程曲线p=p(V)下的面积 系统体积由V1变为V2，系统对外界作的总功 A B A B p-V 图上功的正负 气体膨胀时，系统对外做正功 气体被压缩时，系统对外做负功 例题1 某理想气体系统从初态V1=10?2m3出发，经过一个准静态过程 ，到达终态V2=5?10?2m3，试求在这个过程中气体对外界所作的功。 解 过程有过程方程，故是准静态过程。 对于过程 7.2.2 热量 能量是状态的单值函数，功是能量改变的一种量度，系统对外界作功将改变系统的状态和能量。 传递热量也能改变系统的状态和能量。 热量是过程量。 热量用符号Q表示，在国际单位制中热量的单位和能量、功的单位相同，为焦耳（J）。 “作功”与“传递热量”都能改变系统的状态和能量， 二者的的区别： 作功—涉及机械能与热能的相互转化 传递热量----热能从一个物体传递到另一个物体。 热功当量 1 卡(Cal) = 4.18 焦尔 （ J ） 7.2.3 热容和摩尔热容 如果系统吸收的热量为 dQ，温度升高了dT，则系统的热容定义为 热容C：系统温度升高1K所吸收的热量 单位：焦耳/开尔文（J/ K) 比热c ：单位质量物质的热容 摩尔热容Cm ：1摩尔物质的热容 C、 c 、Cm ：都是过程量 比热c和摩尔热容Cm与热容C有如下的关系 国际单位制中： 比热的单位：J ? kg–1 ? K–1 摩尔热容的单位：J ? mol–1 ? K–1 准静态过程中系统从外界吸收的热量 两个重要的摩尔热容 （1） 定体摩尔热容CV,m （2） 定压摩尔热容Cp,m QV ：在等体过程中吸收的热量 Qp ：在等压过程中吸收的热量 7.2.4 内能 内能E：分子层次上的热运动能量和分子之间相互作用的势能之和，是状态量。理想气体的内能只是温度的单值函数。 过程中外界对系统作功或者传递热量都会引起内能的变化。 那么作功、传递热量和内能变化三者之间的关系是怎样的呢？ 7.2.5 热力学第一定律 Q ：系统从外界吸收的热量 A ：系统对外界所作的功 ?E =E2?E1 ：系统内能的增量 ——热力学第一定律 系统从外界吸收的热量Q一部分用来使系统的内能增加，另一部分用来对外界作功A。 规定 吸热时 Q 0 放热时 Q 0 系统对外界作功时 W 0 外界对系统作功时 W 0 或者： 若只有气体膨胀做功 （简单热力学系统）