第三章 热力学第一定律-1.ppt

* 热力学第一定律 第三章 （First law of thermodynamics) 1.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 2.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 学习热力学的意义 § 3.8 致冷循环 § 3.1 准静态过程 § 3.2 功 ?§ 3.3 热量、热力学第一定律 ?§ 3.4 热容量 § 3.5 绝热过程 § 3.6 循环过程 ?§ 3.7 卡诺循环 本 章 目 录 §3.1 准静态过程（quasi-static process） 热力学系统从一个状态变化到另一个状态 , 称为热力学过程（简称“过程”）。 （1）按系统与外界的关系分类: 自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。 非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变。 非平衡态 到平衡态 平衡态到 非平衡态 过程分类： （2）按过程中经历的各个状态的性质分类: 准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。 非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平 衡态，整个过程就是非静态过程。 （3）按过程的特征分类: 等容过程： d V = 0 等压过程： d P = 0 等温过程： d T = 0 绝热过程： dQ = 0，Q = 0 循环过程： dE = 0 E终态 = E初态 始平衡态 一系列非平衡态 末平衡态 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。 热力学中，为能利用平衡态的性质，引入 准静态过程的概念。 准静态过程： 系统的每一状态都无限接近于 平衡态的过程。 态组成的过程。 即准静态过程是由一系列平衡 ←快 非平衡态 ←缓慢 接近平衡态 准静态过程是一个理想化的过程，是实际 过程的近似。 非准静态过程 准静态过程 统一于“无限缓慢” 矛盾 平衡即不变 过程即变化 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可 看作是平衡态。 如何判断“无限缓慢”？ 引入弛豫时间（relaxation time）? ： 平衡破坏 恢复平衡 ? ?t过程 ? ： 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。 始平衡态 一系列平衡态 末平衡态 气体压强的弛豫时间： 气缸线度： L ~ 10-1 m 分子平均速率： ~ 10-3 s 容器的线度 分子热运动平均速率 ~ 102 m/s 内燃机活塞运动周期 ? t ~ 10-2 s ?p（10 -13s） 所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。 例如分析内燃机气缸内的气体经历的过程： (p2 ,V2) ( p1 ,V1) (p ,V ) 过程曲线 准静态过程可以用过程曲线来表示： V O p 改变系统状态的方法：1.作功 2.传热 一个点代表一个平衡态 ?§3.2 功（work） 体积功 dA = pdV — 过程量 此外还有摩擦功、电流功、电磁场的功等。 通过作功改变系统热力学状态的微观实质： 分子无规则运动的能量 分子规则运动的能量 碰撞 通过作功可以改变系统的状态。 dA 表示它只是微小量， 而不是某个函数的全微分。 0 p V1 V2 V P1 P2 dA= pdV V V+dV 外界对系统作功，A为负。 10 此过程所作的功反映在 P-V图 上，就是曲 线下的面积。 系统对外界作功，A为正。 20上图：系统对外界作了功，系统的状态变 了，内能也变了。 “功”是系统内能变化的量度， 符号法则： 总结： 功不仅与初、末态有关，还与过程有关是过程量。 ★ 理想气体最重要的四个等值过程的功 ① 等温过程 （T＝常数） 等温 或 ②等压过程 ③ 等容过程 ① ③ V O p V1 V2 P2 P1 ② ④ 绝热过程 传递的能量叫热量， 传热也可以改变系统的状态。 通过温度差 A 0 系统对外正作功， 实验表明，有： Q 0 系统吸热 一般情况 — 热力学第一定律 A Q E1 E2 ? 3.3 热量，热力学第一定律 （heat， first law of thermodynamics） 分子无规则运动的能量 传热的微观本质是： 从高温向低温物体的传递 碰撞 它用 Q 表示，也是过程量。 热力学第一定律表明： 对任意元过程有： 热力学第一定律是热现象中的能量转化 与守恒的定律。 它适用于任何热力学系统的 任何过程（非准静