[理学]4热力学第1定律.ppt

目 录 §4.1 准静态过程 §4.2 功、内能、热量 §4.3 热力学第一定律 §4.4 焓、热容 §4.5气体的内能 §4.6热力学第一定律对理想气体的应用 §4.7 热机、循环过程和卡诺循环 §4.4 气体的内能 一、焦耳实验 气体真空自由膨胀，对外界做功W=0 实验测量膨胀前后水温无变化，则Q=0 由热力学第一定律 结论： 气体内能与体积无关，仅是温度的函数。 ——焦耳定律 二、理想气体内能与定容热容 焦耳定律 Cv一般是温度的函数。 理想气体 任意过程 三、理想气体焓与定压热容 Cp一般是温度的函数。 理想气体 任意过程 又绝热指数： 四、迈耶公式 例：计算单原子分子、双原子刚性分子和多原子刚性分子理想气体的绝热指数。 V p a b q 例：某理想气体摩尔定容热容CV,m=3R,该气体从a沿p-V图上的ab直线经过一准静态过程到终态b。求该过程的摩尔热容。 §4.5 理想气体的过程 过程特征（过程方程） 状态方程 热力学第一定律 计算Q、DU、W等。 定压、定容热容 一、等容过程 1.特征 V=const 或 vRT/p=const (p1,V,T1)→ (p2,V,T2) P V Vo 2.图示 T V Vo P T 3.热一定律应用 二、等压过程 1.特征 p=const 或 vRT/V=const (p,V1,T1)→ (p,V2,T2) 2.图示 P V P T T V 3.热一定律应用 三、等温过程 1.特征 T=const 或 pV=const (p1,V1,T)→ (p2,V2,T) 2.图示 T V V1 V2 P V P T 3.热一定律应用 四、绝热过程 根据热力学第一定律: 1.特征及绝热方程 又 (无耗散准静态过程) 由理想气体的状态方程： 两边微分： 得到： （1） （2） （1）（2）比较： 两边积分： 消去P： 消去V： 说明： 以上绝热过程方程用于理想气体准静态绝热过程。 真空膨胀、绝热节流……不适用。 2.图示 两条绝热线不会相交。 在同一点，绝热线比等温线陡 V1 V2 P V 等温 绝热 3.热一定律应用 应用1：空气的声速 牛顿：等温过程 拉普拉斯：绝热过程 体积变化引起的压强变化 小球受回复力 振动频率： 应用2：泊松比测量（洛夏德） 应用3：大气温度绝热递减率 力学平衡 物态方程 绝热过程 上升过程近似绝热 五、多方过程 等压过程，p =const, n=0 等温过程，pV =const, n=1 绝热过程，pV g=const, n=g 等容过程，V =const, n= ∞ 1.过程方程 多方指数m的测量： * 第四章 热力学第一定律 §4.1 准静态过程 一、热力学过程 热力学过程：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。 准静态过程 非静态过程 二、准静态过程 准静态过程：状态变化过程进行得无限缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态的过程。可用确定的状态参量描述。 说明： 过程中系统与外部随时处于热力学平衡。 理想过程。 实际过程发生的足够缓慢时，可看作准静态过程。 判断标准：弛豫时间系统变化特征时间 (PB,VB,TB) (PA,VA,TA) P V O 准静态过程的表示 准静态过程可在状态图上用一条曲线表示，曲线的方程称为过程方程。 非静态过程？？？ 例：等容、等压、等温过程 一、功 §4.2 功、热量、内能 1. 准静态过程中的功 在准静态过程中，当没有摩擦和其他损耗时，系统做功可用系统状态参量表示。 体积功 S P dl 规定：系统对外做功为正。 系统所作的体积功在数值上等于P-V图上过程曲线以下的面积。 (PB,VB,TB) (PA,VA,TA) P V O VA VB 2.功是过程量 过程量：在过程中出现，且数值与过程路径有关的量。 例：计算以下准静态过程中系统对外界的功。 P(105Pa) V(m3) 3 2 3 等温 P V 2p0 V0 p0 2V0 1 2 3 4 3.其他形式的功 表面张力功 可逆电池功 固体杆拉伸功 介质极化功 广义功 Yi广义力，yi广义坐标。 4.系统做功的效果 与外界发生了能量交换； 系统状态发生变化。 二、热量 1.热质说 “热量”——热质的量 一个单位的热量：1g纯水在1atm下从14.5℃升高到15.5℃所吸收的热量，记为1 cal。 1798，伦福德的发现 焦耳实验 1840-1879 2.热功当量 （绝热过程） 焦耳实验 的两个结论： 1.只要系统的初终态一定，以各种不同方式完成的绝热过程中，绝热功数值相等。 2.在绝热过程中，使1g水在1atm下升高一度需要做功4.154 J。 热量与功具有等当性； 热量是一种能量。 1 cal=4.18 J 热量：系统之间或系统与外界