《大学物理》第19章热力学第一定律课件

1、热量与热力学第一定律第十九章热力学第一定律，将传递热量与做功，通过能量守恒联系在一起。开篇问题19-1 热量是能量传递热功当量4.186 J = 1 cal4.186 kJ = 1 kcal热功当量：19-2 内 能物体包含的所有分子的全部能量之和称为物体的内能区分温度、热量和内能的概念: 理想气体的内能单原子分子的平均平动动能: 理想气体的内能：如果气体是多原子分子构成，需要考虑分子的转动和振动动能的贡献。使物质发生温度变化所需的热量:c 是物质的比热容, m物质质量 19-3 比热容例19-2:热量传递与比热的关系19-4 量热学-解题方法孤立系统: 系统与外界没有物质与能量的交换 某一部

2、分损失的能量 = 其他部分获得的能量 损失的热量 = 获得的热量.例19-3: 茶杯冷却茶水将体积为200 cm3，95的茶水倒入初始温度为25，150 g的玻璃杯中。当茶水和茶杯达到热平衡时，它们的最终温度是多少？假设没有热量流失。例题19-4 利用量热计测量未知的比热容19-5 潜 热当物体发生相变，从固体变为液体，或从液体变为气体时，物体需要吸收一定的能量，并保持温度不变。这个能量称为潜热熔解热 LF: 1.0 kg固体熔解为液体吸收的热量汽化热 LV: 1.0 kg液体汽化为气体吸收的热量相变中吸收（放出）的能量与物质质量和潜热有关:19-6 热力学第一定律封闭系统的内能变化= 吸收的

3、热量 - 系统对外做的功DE内= Q W 注意符号的规定：系统吸收热量Q0，系统放出热量Q0, 外界对系统做正功，W 再等压变化时，做功的大小：系统从一个状态到另一个状态所做的功，不仅依赖于初态和末态，而且还与状态变化的过程有关。PV12abs1s21-a-2过程为等温过程，则：1-a-2: 气体对外作功为多少？2-b-1: 气体对外界作功为多少？1-a-2-b-1: 气体对外作功为多少？ 内能改变为多少？ 气体向外界释放的净热 量为多少？膨胀过程压缩过程系统 外界PV12abs1s2等体等压等温绝热重点：热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用VV系统体积在状态变化过程中始终保持不变。等体

4、过程: 等体过程中，系统对外不作功，吸收的热量全用于增加内能。一、 等体过程VVVV比较两个过程等体吸热注意：内能是理想气体温度的单值函数所以该式不仅适用于等体过程，而且适用于所有过程等体内能增量等体作功忆记等体过程等压过程:系统压强在状态变化过程中始终保持不变。二、 等压过程比较两个过程 在等压过程中，理想气体吸热的一部分用于增加内能，另一部分用于对外作功。热力学第一定律等压吸热等压内能增量等压对外作功忆记等压过程系统温度在状态变化过程中始终保持不变。 在等温过程中，理想气体吸热全部用于对外作功，或外界对气体作功全转换为气体放出的热。三、等温过程比较两个过程等温吸热等温作功等温内能增量忆记等

5、温过程系统在状态变化过程中始终与外界没有热交换。 绝热膨胀过程中，系统对外作的功，是靠内能减少实现的，故温度降低；绝热压缩过程中，外界对气体作功全用于增加气体内能，故温度上升。绝热过程方程:四、绝热过程忆记绝热过程绝热吸热绝热作功绝热内能增量气体绝热自由膨胀Q=0， W=0，E=0非静态过程不适用!温度不变，体积增大，压强减小气体真空重点！等体等压等温绝热理想气体热力学过程的主要公式000过程 特征 过程方程 吸收热量 对外做功 内能增量等体V=常量等压p=常量等温T=常量绝热 dQ=0多方循环过程：内能不变整个过程外界对气体做功概念题19-9: 等温和绝热过程的做功下面的PV图给出了等温和绝

6、热这两种气体膨胀过程. 初态体积VA和末态体积VB都相同(VB=VC). 哪一个过程气体做功多?对比曲线下方面积AB过程比AC过程做功多例19-10：等压和等体过程中的热力学第一定律.BD过程 等压压缩DA过程 等体升温dV=0,W=0BDA过程 W=-1.6x103J负号表示外界对气体做正功(a)分段考虑(b)A、B点在一条等温线上 E内=0 Q-W=0 Q=W=-1.6x103J 负号表示热量流失理想气体19-8 气体分子热容与能量均分定理气体的比热与热力学过程有关对于气体而言，等体过程和等压过程的比热是不同的等体比热容 1mol气体在体积不变的条件下升高1Co所吸收的热量等压比热容 1m

7、ol气体在压强不变的条件下升高1Co所吸收的热量气体的摩尔热容气体比热容列表CP CV 近似等于2CP /CV随气体种类改变解释气体保持体积不变，气体不做功，W=0 E内=QV .气体保持压强不变的情况： E内=QP PV.比较单原子分子气体的这两种过程，当温度变化相同时，与实验结果吻合.迈耶公式此外, 由于可知也与实验结果相符.对于分子结构更复杂的气体，分子热容变大。这是因为存在其他形式的内能（转动，振动等）自由度每一个转动或振动模式对应一个自由度。能够描述整个运动过程的维度双原子分子单原子分子平动自由度t=3平动自由度t=3转动自由度r=2三原子分子平动自由度t=3转动自由度r=3能量均分

8、定理能量均分定理表明：内能在活跃的自由度之间是平均分配的，每一个自由度对应能量 kT. 实际测量结果更为复杂。对于高温下的固体, CV 约等于 3R, 对应于每个原子有6个自由度.19-9 气体绝热膨胀绝热膨胀过程： dEint = -PdV, （无热量传递 dQ=0）.根据内能变化和摩尔热容的关系： dEint = nCVdT.又根据理想气体状态方程 PV=nRTPdV + VdP = nRdT.所以，(CP/CV)PdV + VdP = 0.或者定义:积分结果为:比热容比绝热过程方程:绝热线与等温线比较膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快绝热线等温线等温绝热绝热线比等温线更陡。 系统从 1

9、-2 为绝热过程，据绝热方程，可得过程中的 pV 关系。绝热线系统对外作功为：绝热过程系统对外作功:(a)AB 绝热过程单原子分子气体(b)A-B-C过程中，对气体做的功分段考虑AB绝热过程 BC等温过程总功 48kJ+37kJ=85kJ 摩尔数相同热传导可认为是分子碰撞的结果. 单位时间的热量流为：19-10 热量传递: 传导、对流、辐射常数 k 称为热导率（ thermal conductivity）.热导率k大的材料称为热导体; k 小的材料称为绝热体。衡量建筑材料常用 R-值，而非热导率: l是材料厚度对流是由于物质中分子从一个地方移动到另一个地方. 这个过程可以是自然发生，也可以是外力驱动。晒太阳、靠近火堆取暖，感受到的热量主要来源于热辐射。辐射的能量正比于温度的四次方：:常数 称为 Stefan-Boltzmann 常数。辐射系数 介于0到1，表征材料的表面特性；黑色物体的辐射系数近1，而有光泽的物体的辐射系数接近0；吸收过程与此类似，好的辐射体也