热力学第一定律.doc

42 内能 功 热量 热力学第一定律首先我们介绍与热力学的学习密切相关的三个物理量：一、内能、功和热量（复习）前面我们已经学习了内能的概念，一起复习一下。1内能（Internal Energy）1）概念：热力学系统的能量取决于系统的状态，这种取决于系统状态的能量称为热力学系统的内能。能表征系统的状态的量。可以看出内能是一个状态量当气体的状态一定时，其内能E也是一定的；气体状态变化时的E值只由始状态和末状态所决定，与过程无关。ACDBACDB2）理想气体的内能理想气体的内能仅是温度的函数（这一规律也称为焦耳定律） *一般气体的内能是温度和体积的函数。3）热力学系统内能的变化是通过系统与外界交换热量或外界对系统作功来实现的。4）理想气体内能的增量系统内能的增量与系统起始与终了位置有关，而与系统所经历的过程无关。 (p1,V1,T1)(p2,V2,T2)内能改变的方式是什么？做功和热传递，对于做功我们并不陌生，是力与力的方向上的位移的乘积，今天我们就来学习一下理想气体的功。2功（Work）1）作功是改变系统内能的一种方法。外界对系统作功，系统内能增大：例对乙醚加压，摩擦生热等。系统对外界作功，系统内能减小。2）理想气体作功讨论：系统在准静态过程中，由于体积变化所做的功。假设一定量气体在圆柱形气缸内，缓慢膨胀。如图所示，设压强为P，活塞面积为S，活塞移动，则活塞所受气体压力：F=pS元功：如果体积变化从 V1V2，在整个过程中气体作功为：VOPdVV1V2气体膨胀时，系统对外界作正功（）；气体压缩时，系统对外界作负功，也叫外界对系统作功（）。3）系统作功与过程有关，与系统的开始和终了位置有关。由积分意义可知，功的大小等于p-V 图上过程曲线p=p(V)下的面积。曲线下的面积：比较 a , b两过程曲线下的面积可知，功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功与过程的路径有关。所以功是过程量。由下面图中的例子可见这种功的性质：从图中可看出，1-2与1-1-2两个过程的始末状态相同，但过程曲线不同，两条曲线下的面积不同，则作功也不同。功的大小不仅取决于系统的始末状态，且与系统经历的过程（路径）有关。从力学的角度来，这种力不是保守力。请记住：热力学中的功不是态函数，而是过程量。例题1、某理想气体体积按的规律变化，求气体从体积为V1膨胀到V2时所作的功。解：由得所以系统所作的功为 3热量（Heat）用Q表示1）热量：系统与外界之间由于存在温度差而传递的能量。l 是一个过程量。l 热量的单位和能量单位相同：焦耳（J）。我们知道热传递是改变系统内能的一种方法。系统和外界存在温差时的能量传递方式。外界向系统传递热量，系统内能增大：加热水系统向外界传递热量，系统内能减小。2）热量的计算（1）热容（heat capacity）定义：使物质温度升高1K所需要的热量称为该物质的热容。 使1mol物体温度升高1K所需要的热量称为该物质的摩尔热容。（2）热量的计算系统吸收的热量与温度增量的关系为 系统吸收热量 系统放出热量（3）摩尔热容与过程有关因热量与过程有关，故同一系统，在不同过程中的热容量有不同的值，有实际意义的是使热传递过程在一定条件下进行，因而有常用的定体热量与定压热容量。等体过程（isochoric process） 定体摩尔热容Cv,m ， 等压过程（isobaric process） 定压摩尔热容Cp,m ， Cv,mmolar heat capacity at constant volumeCp,mmola