[理学]3热第一定律.ppt

理想气体的各等值过程、绝热过程和多方过程公式对照表 过程 特征 过程方程 吸收热量 对外做功 内能增量 等体 V=常量 等压 p=常量 等温 T=常量 绝热 dQ=0 多方 0 0 0 A+?? P227 焦耳实验:容器A充满气体，容器B为真空。AB相连处用一活门C隔开，将它们全部浸在水。 将活门打开后，气体将自由膨胀并充满 A和B 。测量了自由膨胀前后水温的变化。 实验结果表明： 水温不变! 说明： 气体 真空 A B C 焦耳实验 绝热自由膨胀 膨胀前后气体的温度没有改变。 水和气体没有发生热交换。Q=0 ，即气体的自由膨胀是绝热过程。 气体向真空自由膨胀过程中不受外界阻力，所以外界不对气体作功，即A=0。 ?E=0 即 E(T)=恒量 即 气体绝热自由膨胀过程是一个等内能过程。 绝热自由膨胀过程是一非静态绝热过程。 注意！！ 因为系统每一时刻并不处于平衡状态，不可能用一个温度来描述它的状态。 Q=0 A=0 E2-E1=0 T2=T1（但不是等温过程） 准静态绝热过程 PVγ=常量 绝热自由膨胀 膨胀前后气体的温度没有改变。 Q=0 ，即气体的自由膨胀是绝热过程。 外界不对气体作功，即A=0。 O p V 2(P,V2,T) V2 2 (P,V2,T) 1 V1 当气体从V1膨胀到V2,经过准静态的绝热过程和经过非静态绝热过程到达的末态是不同的！ 准静态绝热过程与绝热自由膨胀过程的比较 焦耳实验的结果是否正确? 焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)实验 焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)实验 ---真实气体的内能 ---真实气体的内能 事实上，焦耳的实 验并不精确，原因是 水的热容比气体要大 上千倍，气体膨胀前 后即使会有微小的温度变化，也不足以引起水的温度发生可观察的变化，焦耳无法检测到水温变化。后来，在1852年焦耳和汤姆逊做了节流过程实验，才较好的测得气体温度的变化。 对理想气体而言，内能只包括分子热运动动能，内能不变就意味着分子的平均动能不变，温度也不变。 但实际气体经过绝热自由膨胀后温度一般不会恢复到原来的温度。原因是实际气体之间总存在相互作用力。因此内能还要包括势能。 如果在绝热自由膨胀中分子的平均作用力以斥力为主(这要看分子间的平均距离是怎么改变的)，则绝热膨胀后，由于斥力做了正功，分子间势能要减小。这时，内能不变就意味着分子的动能增大，因而气体的温度将升高。如果在绝热自由膨胀时，分子间的平均作用力以引力为主，则绝热膨胀后，由于引力做了负功，分子间的势能要增大。这时，内能不变就意味着分子的动能减小，因而气体的温度要降低。 焦耳的结果只适用于理想气体 。只有在实 际气体密度趋于零的极限情形下，气体的内能 才只是温度的函数而与体积无关。 焦耳定律 U=U(T) 理想气体定义 严格遵守PV=?RT 和 U=U(T)二定律的 气体，称为理想气体。 六 多方过程 气体的很多实际过程可能既不是等值过程,也不是绝热过程. 因此,其过程可能既不是pV=常量,也不是pV ? =常量. 因此常用下述方程表示: pVn =常量. 称之为多方过程. 多方过程的功 多方过程的摩尔热容Cm推导从略。 实际上，气体所进行的过程，常常既不是等温 又不是绝热的，而是介于两者之间，可表示为 PVn =常量 （n为多方指数） 凡满足上式的过程称为多方过程。 n = 1 —— 等温过程 n = ? —— 绝热过程 n = 0 —— 等压过程 n = ? —— 等容过程 一般情况1? n ? ?，多方过程可近似代表气体内 进行的实际过程。 多方过程 （略讲自学） 与绝热过程功的计算类似，对于多方过程，有 对状态方程和多方过程方程求微分，得 再由第一定律 可证明 例: 1mol单原子理想气体经历沿直线的准静态。求:内能的变化,作功及热量.并讨论过程中达到的最高温度及吸,放热的具体情况. 已知 o V p a b 解: 功A是斜线下梯形面积 c o p a b 求ab过程中的Tmax : a? b: T先升后降 Tc=Tmax 确定切点 直线ab的斜率 等温线的斜率 可解出: 还可以用求极值的方法: 写出 dT=0 . d o p a b . c 分析ab过程的吸,放热: a? c : T?? ?E 0 Aac0 Qac0. 吸热 c? b : Acb 0 T? ? ?E 0 Qcb=?E+Acb 确定吸,放热的转折点