普通物理PPT课件5.1 热力学第一定律及其应用.ppt

5 1热力学第一定律及其应用 5 1 1热量功和热力学能 5 1 3准静态过程 5 1 2热力学第一定律 5 1 5气体的摩尔热容 5 1 1热量功和热力学能 1 热量 热力学能是表征热力学系统状态的物理量 2 热力学能 系统热力学能的增量只与系统的起始和终了状态有关 与系统所经历的过程无关 是温度的单值函数 A 做功 5 1 2热力学第一定律 1 数学表达式 B 热传递 实质 包括热现象在内的能量守恒与转换定律 数学表达式中各量值的意义 Q为正 系统吸热 Q为负 系统向外界放热 W为正 系统对外作功 W为负 外界对系统作功 E2 E1为正 内能增加 E2 E1为负 内能减少 2 对于系统状态的微小变化过程 热力学第一定律可表示为 如果所研究的系统是气体 则热力学第一定律的数学表达式为 1 定义 准静态过程是指在过程中任意时刻 系统都以一种无限缓慢的 接近于平衡状态的过程进行 5 1 3准静态过程 对于理想气体 准静态过程可以用p V图上的一条曲线来表示 而非静态过程则不能 气体系统作功的表达式 以气缸为例分析 设 气体压强为p 活塞的截面积为S 气体对外所作的总功等于曲线与横坐标之间的曲边梯形的面积 或 计算步骤 热力学第一定律可以应用于气体 液体和固体系统 研究它们的变化过程 1 等体过程 气体体积保持不变的过程叫做等体过程 在等体过程中 系统从外界吸收的热量全部用于增加系统的热力学能 2 等压过程 气体压强保持不变的过程叫等压过程 在等体过程中 系统从外界吸收的热量全部用于增加系统的热力学能 在等压过程中 第一定律的表示式为 系统对外所做的功为 气体在等压过程中所吸收的热量一部分转 换为热力学能的增量 一部分转换为对外所做的功 即 3 等温过程 温度保持不变的过程叫做等温过程 热力学能只取决于温度 等温过程中气体吸收 或放出 的热量是 在等温膨胀过程中 理想气体所吸收的热量全部转换为对外所做的功 同一气体在不同的过程中有不同的热容 1 等体摩尔热容 等体摩尔热容 5 1 5气体的摩尔热容 任意质量的理想气体的热力学能增量为 2 等压摩尔热容 等压摩尔热容 对于1mol理想气体 在等压过程中 所以 理想气体的等压摩尔热容较等体摩尔热容大一恒量R 3 比热容比 5 1 6理想气体的绝热过程 系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程 在绝热过程中 热力学第一定律为 气体从状态经绝热过程变化到状态时 上式表明 在绝热过程中 系统对外作功完全依靠自身热力学能的减少 由 2 得 理想气体的绝热方程 解 1 若沿曲线adb时 系统作功42J 问有多少热量传递给系统 2 当系统从状态b沿曲线bea返回到状态a时 外界对系统作功84J 问系统是吸热还是放热 传递了多少热量 负号表示放热 3 若Ed Ea 167J 求系统沿ad及db变化时 各吸收了多少热量 解 1 等温过程中 如图所示 2 气体为双原子气体 即 1 41 所以 在绝热过程 1 2 中所作的功为 3 对于等温过程 对于绝热过程 例3 氮气液化 把氮气放在一个有活塞的由绝热壁包围的汽缸中 开始时 氮气的压强为50个标准大气压 温度为300K 经急速膨胀后 其压强降至1个标准大气压 从而使氮气液化 试问此时氮的温度为多少 解 把氮气视为理想气体 其液化过程可当作绝热过程 解 如图