4热力学第一定律.doc

唐山职业技术学院讲稿纸2008-2009学年 第二学期 第2周 第4页 (共4页) 第二节 热力学第一定律复习引入：复习状态函数及其特征；系统与环境的概念及封闭系统；过程和途径的概念及区别。讲授新课：一、热和功 1、热的概念及表示方法热：系统与环境之间由于温差而引起的能量交换形式称为热。热以“Q”表示，单位为J (或kJ)。热力学规定：系统从环境吸热取正值，即Q0；系统向环境放热取负值，即Q0；系统对环境做功取负值，即WB=Q+W=100+5050JQU-W50-（-80）30J(2) UBAUAB50JQU-W50500 2、1mol H2由p1=101.325kPa、T1=298K分别经历以下三条途径恒温变化到p2=50.663kPa，求该三途径中系统与环境交换的W。（1）从始态向真空膨胀到终态；（W1=0）（2）反抗恒定外压p（环）=50.663kPa至终态；（W2=1238.7J）（3）从始态被202.65kPa的恒定p（环）压缩至一中间态，然后在反抗50.663kPa的恒定p（环）至终态。（W3= W（压缩）+W（膨胀）=618.6J）二、热力学能热力学能是系统内部各种能量的总和。用“U”表示，由以下三个部分组成：分子内部的动能，是系统内分子热运动的能量，是温度的函数；分子间相互作用的势能，是分子间相互作用而具有的能量，是体积的函数；分子内部的能量，是分子内部各种微粒运动的能量与微粒间相互作用的能量之和，在系统无化学反应和相变化的情况下，此部分能量不变。对于无化学反应的理想气体系统，因分子间无作用力，从而分子势能不存在，惟一可变的是分子内部的运动动能。所以，理想气体的热力学能只是温度的函数，即U=f(T)。对于单原子分子理想气体，则有热力学能使系统内部各种运动形式的能量的综合表现，当系统的状态确定后，热力学能就具有确定的数值，且只有一个确定值。可见，热力学能是系统的状态函数，其数值的大小与系统的粒子数目有关，具有加和性，是系统的广延性质。目前为止，系统热力学能的绝对值还无法确定，通常是应用热力学能的变化值来解决实际问题。三、热力学第一定律热力学第一定律即能量守恒定律，是人类长期实践的总结，其表述方法有多种，常见的有以下两种： 不供给能量而可连续不断产生能量的机器，叫第一类永动机，第一类永动机是不可能实现的； 自然界中的一切物质都具有能量，能量有不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，在转化过程中其总值不变。 无论何种表述，其本质是相同的，那就是能量守恒。设一封闭系统从环境中吸热Q，环境对系统做功W，系统状态发生了变化，热力学能由U1变为U2，根据热力学第一定律，得U2-U1=Q+W (2-4)整理得 U=Q+W (2-4a)对于封闭系统的微小变化过程，则有dU=Q+W (2-4b)式(2-4a)、(2-4b)均为封闭系统热力学第一定律的数学表达式。表明封闭系统中热力学能的改变值等于变化过程中系统与环境交换的热和功的总和。例题2 某电池对电阻丝做电功100J，同时电阻丝对外放热20J，求电阻丝的热力学能变。解 W=100J,Q=-20J,据式(2-4a)得U=Q+W=100-20=80J在该过程中，电阻丝的热力学能增加了80J。课堂练习：1、 系统由相同的始态经过不同途径达到相同的末态。若途径a的Qa=2.078kJ，Wa=-4.157kJ；而途径b的Qb=-0.692kJ。求Wb。（-1.387kJ）2、始态为25，200kPa的5mol某理想气体，经a，b两不同途径到达相同的终态。途径a先经绝热膨胀到-28.57，100kPa，步骤的功Wa=-5.57kJ；在恒容加热到压力200kPa的终态，步骤的热Qa=25.42kJ。途径b为恒压加热过程。求途径b的Wb及Qb。（Wb=-7.94