04-1 热力学第一定律.ppt

第一讲热力学第一定律 1 1 准静态过程1 2 功1 3 热量1 4 内能1 5 热力学第一定律1 6 热力学第一定律的应用 始平衡态 一系列非平衡态 末平衡态 为能利用平衡态的性质 引入准静态过程的概念 1 1 准静态过程 quasi staticprocess 热力学系统从一个状态变化到另一个状态 称为热力学过程 简称 过程 准静态过程 从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程 统一于 无限缓慢 矛盾 平衡即不变 过程即变化 如何判断 无限缓慢 弛豫时间 relaxationtime 平衡破坏 恢复平衡 t过程 过程就可视为准静态过程 所以无限缓慢只是个相对的概念 气体压强的弛豫时间 气缸线度 L 10 1m 分子平均速率 10 3s 容器的线度 分子热运动平均速率 102m s 内燃机活塞运动周期 t 10 2s 所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程 例如分析内燃机气缸内的气体经历的过程 改变系统状态的方法 作功 功是能量传递和转换的量度 传热 热量为通过传热方式传递能量的量度 1 2功 work 准静态过程功的计算 注意 作功与过程有关 1 3热量 heat 单位 摩尔热容 理想气体在等体过程中吸收的热量 使温度升高 其摩尔热容为 由摩尔热容计算过程的热量 Cm是过程量 不同过程 此值不同 比一比 摩尔热容与比热 1 过程量 与过程有关 3 功与热量的物理本质不同 1卡 4 18J 1J 0 24卡 2 等效性 改变系统热运动状态作用相同 作功 功是能量传递和转换的量度 是过程量 传热 热量为通过传热方式传递能量的量度 是过程量 1 4内能 internalenergy 状态量 内能 internalenergy 的宏观定义 结果表明 绝热功完全由系统的初态和终态所决定 与作功过程和方式无关 内能的定义 类比 保守力做功与路径无关 态函数 势能 绝热功与过程无关 只与初态和终态有关 态函数 内能 定义 意义 绝热过程中外界对系统所作的功转换成了系统的内能 外界对系统做正功 系统内能增加 反之 即系统对外界做功 系统内能减少 E 状态量 对一般气体有 E 状态量 对理想气体有 系统初态E1 系统末态E2 1 5热力学第一定律 firstlawofthermodynamics 实验表明 准静态过程 微小过程 系统吸热 系统对外界做功 能量转换和守恒 下列的静电永动机能否实现 第一类永动机 不存在 循环过程 永动机的设想图 例1 系统从A B A经历一个循环 且EB EA 1 试确定A B 以及B A的功W的符号及含义 2 Q的符号如何确定 3 循环总功和热量的正负 3 A B A 1 6热力学第一定律的应用 1 理想气体的共性 4 各等值过程的特性 1定体过程定体摩尔热容 热力学第一定律 特性常量 方程 功 单位 定体摩尔热容 理想气体在等体过程中吸收的热量 使温度升高 其定体摩尔热容为 由定体摩尔热容计算定体过程的热量 由热一律计算内能的增量 定体过程 定容摩尔热容 单原子分子气体 双原子分子气体 理想气体摩尔热容 2定压过程定压摩尔热容 过程方程常量 热一律 特性常量 功 定压摩尔热容 理想气体在等压过程中吸收的热量 温度升高 其定压摩尔热容为 定压摩尔热容和定体摩尔热容的关系 Mayer公式 想一想 为何Cp m大于CV m 摩尔热容比 单原子分子气体 双原子分子气体 对理想气体 议一议 摩尔热容 热容与比热容 热容 比热容 3等温过程 热力学第一定律 特征 常量 想一想 CT m 4绝热过程 特征 热一律 绝热过程方程的推导 由绝热方程计算绝热功 由热一律 5绝热线和等温线 绝热线的斜率大于等温线的斜率 常量 常量 等温膨胀 E不变 V n E T pB pC p V n p p nkT 绝热膨胀 6 理气的多方过程 热容量C const 的过程 可证明 n称多方指数 对绝热过程 讨论 理想气体的绝热自由膨胀 非准静态绝热过程 对理想气体 器壁绝热 Q 0 向真空膨胀 A 0 热一律 E1 E2 T1 T2 是否等温过程 例2 质量一定的单原子理想气体开始时压力为3大气压 体积1升 先等压膨胀至体积为2升 再等温膨胀至体积为3升 最后被等容冷却到压力为1大气压 求气体在全过程中