[物理]5-1、2热力学第一定律及在理气中的应用.ppt

第六章 热力学 6.1 热力学第一定律 6.2 热一律对理想气体的应用 6.3 循环过程 6.4 热力学第二定律 6.5 熵 6.6 热力学函数 热力学系统的分类： （1）孤立系统：与环境既没有物质交换也没有能量交换的系统。 （2）封闭系统：与环境只有能量交换没有物质交换的系统。 （3）开放系统：与环境既有物质交换也有能量交换的系统。 平衡态：热力学系统如果与外界没有热量交换，内部也不发生 任何形式的能量转化，经过足够长的时间后，可以达 到宏观性质稳定的状态，称之为平衡态，是一种热动 平衡，可以用一组状态参量来描述。 说明： 1）虽然 T1 =T2，但是不能说自由膨胀过程是等温过程（始末状态的温度相等，但不是准静态过程）。 2）上述始、末态关系只对理想气体成立。 对于实际气体，经过一自由膨胀过程，温度通常是要变化的。 理想气体物态方程 过程 过程方程 常量 常量 常量 常量 或 或 或 等体 等压 等温 绝热 例1 设有 5 mol 的氢气，最初的压强为 温度为 ，求在下列过程中，把氢气压缩为原体积的 1/10 需作的功: 1）等温过程，2）绝热过程 . 3）经这两过程后，气体的压强各为多少？ 解 1）等温过程 2）氢气为双原子气体 由表查得 ，有 1 2 常量 3）对等温过程 对绝热过程, 有 1 2 常量 例2 氮气液化， 把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K; 经急速膨胀后,其压强降至 1个标准大气压,从而使氮气液化 . 试问此时氮的温度为多少 ? 解 氮气可视为理想气体, 其液化过程为绝热过程. 氮气为双原子气体由表查得 例3 在一气缸内放有一定量的水，活塞与汽缸间的摩擦不计缸壁由良导热材料制成. 作用于活塞上的压强 . 开始时, 活塞与水面接触. 若使环境 (热源) 温度非常缓慢地升高到 . 求把单位质量的水汽化为水蒸汽 , 水的内能改变了多少? 已知水的汽化热为 水的密度 水蒸汽的密度 解 水汽化所需的热量 水汽化后体积膨胀为 水 水蒸气 热源 水 水蒸气 热源 绝热自由膨胀（非准静态绝热过程） 特点：迅速以至于来不及与外界交换热量Q = 0 ?非静态过程 ?无过程方程 办法：只能靠普遍的定律（热力学第一定律） 自由膨胀 绝热热?律 自由膨胀 理气 状态方程 能量守恒 由 因为自由膨胀 所以系统对外不作功 即 得 故，对于理想气体自由膨胀，有： 初态： 末态： * 6.1 热力学第一定律 一 基本概念 准静态过程（理想化的过程） 准静态过程：如果一个系统在其变化过程中所经历的每一中间状态都无限接近于热平衡态，这个过程称为准平衡过程或准静态过程。当系统实际过程时间大于系统驰豫时间即可认为是准静态过程。 气体 活塞 砂子 1 2 二 功（过程量） 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化 . 准静态过程功的计算 注意：作功与过程有关 . 宏观运动能量 热运动能量 例：υmol理想气体保持温度T不变，体积从V1准静态变到V2，求等温过程的功。 作机械功改变系统 状态的焦耳实验 A V 作电功改变系统 状态的实验 宏观运动能量 热运动能量 三 热量（过程量） 通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 . 1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同； 宏观运动 分子热运动 功 分子热运动 分子热运动 热量 3）功与热量的物理本质不同 . 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 功与热量的异同 热容 热容：某物质温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量单位为J/K。 定体热容：体积不变时某物质温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量 定压热容：压强不变时某物质温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量 定压摩尔热容：压强不变时1mol物质温度升高（或降低）1度时所吸收（或放出）的热量