第22 讲 内能 功和热量 热力学第一定律 气体的摩尔热容 ....pdf

第22讲内能功和热量热力学第一定律气体的摩尔热容

教学要求

理解平衡过程、功、热量、内能的概念、气体的摩尔定容热容、气体的摩尔定压热容、

及气体的摩尔定容热容和气体的摩尔定压热容关系。

掌握并应用热力学第一定律、等温过程、等体过程、等压过程。

重点与难点

重点：热力学第一定律及等值过程的应用。

难点：热力学第一定律等值过程的应用。

8.1内能功和热量准静态过程

8.1.1内能

由上一章得出理想气体的内能为

Mi

ERT

M2

mol

可知，对于给定的理想气体，内能只是温度的单值函数，即EE(T)。对于确定的平

衡态，其温度T唯一确定，所以，内能是状态的单值函数。对一定质量的实际气体分子组

成的系统，如果不考虑分子内部结构，内能是系统内分子热运动动能和分子间相互作用

E

k

EEEE

势能的总和，即。因分子动能是温度的单值函数，分子间的势能取决于系

pkp

统的体积，从而系统内能是温度(T)和体积(V)的单值函数，即：EE(T,V)。体积V和温

度T都是系统的状态参量，它们和一个确定的平衡态相对应，因此内能是系统状态的单值

函数，系统的状态一定，内能也一定。当系统从一个状态变化到另一个状态时，不管它的变

化过程如何，内能的改变总是一个定值。

实践表明，要改变一个热力学系统的状态，也即改变其内能，通常有两种方式：做功和

传递热量。做功和传递热量均可作为内能变化的量度。

做功与热量传递对内能的改变有其等效性，但它们在本质上存在差异。做功改变内能，

是外界有序运动的能量与系统无序热运动能量之间的转换；传递热量改变内能，是外界无序

热运动能量与系统内分子的无序热运动能量之间的传递。

国际单位制中，内能、功和热量的单位均为焦耳。历史上热量还有一个单位叫卡（cal），

根据焦耳的热功当量实验，得出：

1

1cal=4.18J

8.1.2准静态过程

热力学系统的状态随时间变化的过程称为热力学过程。当一定量的处于平衡状态的气体

与外界交换能量（通过作功或传递热量）时，它原来的平衡态受到破坏，经一定时间后，系

统达到另一个新的平衡态。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态，如果过程进行得无限缓

慢，使经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这种过程叫做准静态过程(或平衡过程)。

如果中间状态为非平衡态，这个过程则为非准静态过程。只有气体处于平衡态,才能在pV

图上用一点表示其状态,所以当气体经历一准静态过程时,我们就可以在pV图上用一条相

应的曲线来表示该过程,这曲线为两状态间的准静态过程

曲线,简称过程曲线，如图8-1所示。p

等体过程

8.1.3准静态过程的功和热量

对系统做功使系统状态发生变化即改变了系统的内能，等压过程

就完成了能量的传递与转移过程.如“摩擦生热”就是典型

等温过程

的例子。这里“摩擦”是指外力克服摩擦力做功，“生热”O

V

是