4-2 热力学第一定律及应用

1,一准静态过程（理想过程）,热力学系统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.,2,二热力学第一定律,热力学第一定律：,反映热现象的能量转化及守恒定律。,Q表示系统吸收的热量，W表示系统所做的功，E表示系统内能的增量。,热力学第一定律微分式：,3,符号规定：,1.系统吸收热量Q为正，系统放热Q为负。,2.系统对外做功W为正，外界对系统做功W为负。,3.系统内能增加E为正，系统内能减少E为负。,第一类永动机：,不需要外界提供能量，但可以连续不断地对外做功的机器。,热力学第一定律：“不可能制造出第一类永动机。”,4,三内能、功、热量,理想气体内能:气体分子热运动动能的总和由统计理论可得理想气体内能表达式,内能是系统状态的单值函数，理想气体内能仅是温度的函数.,式中：为自由度，对单、双、多原子分子分别为3、5、6.,5,改变系统内能的方法：,钻木取火通过做功的方式将机械能转换为物体的内能。,烤火通过热量传递提高物体内能。,6,准静态过程的功：,7,结论：系统所做的功在数值上等于p-V图上过程曲线下的面积，系统经历的过程不同则功值不同功为过程量。,准静态过程中的热量,系统和外界之间存在温差而发生的能量传递。是系统外分子热运动动能与系统内分子热运动动能的转化。通过传热使系统状态发生变化热量为过程量。,8,四热一律的应用,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.,（4）各等值过程的特性.,9,1等体过程摩尔定体热容,气体在状态变化过程中体积保持不变。,10,吸收热量：,内能增量：,系统做功：,摩尔定体热容:理想气体在等体过程中吸收热量，使温度升高，其摩尔定体热容为:,11,等体过程中,结论：在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能。,12,2等压过程摩尔定压热容,气体在状态变化过程中压强保持不变。,p=恒量，dp=0,p,V,V1,V2,p0,O,13,内能增量：,系统做功：,吸收热量：,摩尔定压热容:理想气体在等压过程中吸收热量，使温度升高，其摩尔定压热容为:,14,等压过程中,结论：在等压过程中，系统吸收的热量一部分用来增加内能，一部分用来做功。,15,摩尔定容热容与摩尔定压热容的关系,结论：同一物态下1mol的理想气体温度升高1K，等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31J。,比热容比：,单原子分子：,双原子分子：,16,3等温过程,气体在状态变化过程中温度保持不变。,T=恒量，dE=0,17,内能增量：,系统做功与吸收热量：,结论：在等温过程中，系统吸收的热量全部用来做功。,18,例3将500J的热量传给标准状态下的2mol氢。（1）V不变，热量变为什么？氢的温度为多少？（2）T不变，热量变为什么？氢的p，V各为多少？（3）p不变，热量变为什么？氢的T，V各为多少？,解：,（1）Q=E，热量转变为内能,19,Q=W，热量转变为功,（2）T不变，热量变为什么？氢的p，V各为多少？,20,Q=W+E，热量转变为功和内能,（3）p不变，热量变为什么？氢的T，V各为多少？,21,例4一定量的理想气体，由物态a经b到达c（图中abc为一直线）。求此过程中：,（1）气体对外做的功；,（2）气体内能的增量；,（3）气体吸收的热量。,解:,22,例5质量为2.810-3kg，压强为1atm，温度为27的氮气。先在体积不变的情况下使其压强增至3atm，再经等温膨胀使压强降至1atm，然后又在等压过程中将体积压缩一半。试求氮气在全部过程中的内能变化，所做的功以及吸收的热量，并画出p-V图。,解,23,24,等体过程：,等温过程：,25,等压过程：,26,气体在物态变化过程中系统和外界没有热量的交换。,4绝热过程,27,内能增量：,系统做功：,绝热方程：,28,绝热方程的推导：,由理想气体的物态方程：,两边微分：,29,30,两边积分：,消去p：,消去V：,31,绝热线和等温线,A,绝热方程：,化简：,等温方程：,结论：绝热线在A点的斜率大于等温线在A点的斜率。,32,例6有体积为10-2m3的一氧化碳，其压强为107Pa，温度为300K。膨胀后，压强为105Pa。试求（1）