第二十四讲 热力学第一定律 摩尔热容教学课件.ppt

理想气体的热容都只与分子的自由度有关，而与气体的温度无关,实际气体的热容在一定的程度上随温度改变而变化 . 以上是根据经典的能量均分定理（理想气体的热力学能公式）得到的结论，对于结构比较简单的单原子分子和双原子分子的气体，理论值与实验值相近。但对结构较复杂的分子的气体，其理论值与实验值就偏差较大，这说明经典热容理论只能在一定范围内近似反映客观事实。经典热容理论与实验事实不符合的原因，其一是忽略了分子内部的振动能量；其二是在微观领域里仍采用经典的能量连续的概念。只有用量子理论才能较好地解决有关热容的问题。 * 实际气体的热容在一定的程度上随温度改变而变化 . 这种“台阶”式的曲线表明，只能取一些分立的值（即量子性）。从该曲线我们可以看出H2 的随温度的升高而增加。当温度低于80K时，；这意味着只有分子的三个平动自由度对热容有贡献，其他自由度被“冻结”。当温度上升时，逐渐增加到，这意味着分子的两个转动自由度被激发（具有运动能量）。即转动自由度的激发比平动自由度需要更多的能量，当温度从80K开始逐渐升高时，越来越多的分子开始转动起来，当温度达到300K时，所有分子的转动自由度都被激发。当气体的温度继续升高时，逐渐增加到，这说明分子的两个振动自由度也被激发，分子又增加了振动能量。 第十五章 热力学第一定律 * 温度T—描述物体热平衡性质的宏观物理量。 ◎互为热平衡的物体具有相同的温度。 例：右图A、B两系统最终达到一个共同的平衡态—热平衡。 若物体A分别与物体B和C达到热平衡，则物体B和C之间也互为热平衡。 热力学第零定律: A B C §15-1 热力学第零定律 热力学温标：符号T，单位 K（开尔文） 规定：0 ?C为热力学温标的 273.15K 导热板 B A 说明：零定律的条件：物体A、B和C与外界没有热与能的交换。 * ◎准静态过程中，任意时刻系统所处状态—准平衡态（准静态）。 §15-2 准静态过程、功、热量 热力学过程—热力学系统的状态随时间的变化。 ★在状态变化的过程中系统处于非平衡态。 如活塞运动：快—非平衡过程，慢—准平衡。 ◎许多实际过程都可看作准静态过程。 一、准静态过程 准静态过程—变化无限缓慢的过程。 例如：气缸中气体的压强从不均匀到均匀只需约10-16秒。 * 过程曲线—反映准静态过程中状态连续变化的曲线。 P—V 图：一点代表一个状态，一条曲线就表示一系列平衡态组成的准静态过程。 等容过程 等压过程 等温过程 准静态过程的过程曲线 绝热过程 一般过程—不同于上述的任意过程。 循环过程—末态等于初态的过程。 * 做功与传热的区别 做功：通过物体宏观位移完成—将物体宏观运动的机械能转化成为分子的热运动能。 传热：通过微观分子间的相互作用（碰撞）来完成。 ◎功和热是过程量，与具体过程有关，而不是状态量。 ★不能说有多少功和热，只能说做了多少功或传了多少热。 二、功与热 ●做功和传热在转换和传递能量方面具有等效性。 热功当量： 1卡 = 4.18 焦尔 SI制中热量的单位与功同为焦尔. 热力学系统通过做功和传热两种方式与外界交换能量。 * 以气缸内气体准静态膨胀做功为例： 当气体体积从V1→V2 准静态过程的功 ◎功等于p –V 图上从V1→V2过 程曲线下面的面积。 ★做功多少与具体过程相关。 * ●热力学能是状态函数 ◎系统热力学能的改变量只由始、末两态决定，而与具体过程无关。 理想气体 ☆仅与温度有关。 一般气体 ☆与温度和体积有关. 改变系统热力学能的两种途径—做功和传热： §15-3 热力学第一定律 Q：系统从外界吸的热；A：外界对系统做的功。 * Q: 系统所吸热量 A: 系统 对外做的功 A 0：系统对外界做正功；A 0：外界对系统做正功. ●在任一过程中，系统所吸收的热量等于系统内能的增量与系统对外界所做的功的总和，即 Q 0：系统从外界吸热；Q 0：系统向外放热。 微小过程： 热力学第一定律的另一种表述 ●第一类永动机是制不成的。（效率大于1的热机） 热力学第一定律 ?热力学第一定律是最普遍的能量守恒和转换定律。 * §15-4 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 等值过程—p、V、T 三个参量之一不变的过程。 一、等温过程 ●等温过程中系统吸收的热量全部用来对外做功。 * 二、等容过程 ●等容过程中系统从外界吸收的热量全部转化为系统的内能。 * 三、等压过程 ●等压过程中系统吸收的热量一部分转化为系统的内能，另一部分用来对外做功。 * §15-5 气体的摩尔热容量 摩尔热容量：一摩尔物质温度升高1K 时所吸收的热量，用Cm 表示。 M —摩尔质量 c —比热 ● Q与过程有关，故Cm和c都是过程量，其值与过程有关。 单