物理19章热力学第一定律

热量与热力学第一定律第十九章开篇问题----请猜一猜§19-1热量是能量传递热功当量4.186J=1cal4.186kJ=1kcal§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:单原子分子时，理想气体的内能如果气体是双原子或多原子分子构成，需要考虑分子的转动和振动动能的贡献。内能由系统状态决定，乃是状态量。热力学系统在一定的状态下，具有一定的内能。实际上，理想气体的内能只是分子热运动动能的总和，它是状态参量－温度的单值函数，其表达式为：

单原子分子：i=3双原子分子：i=5多原子分子：i=6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200cm3，95℃的茶水倒入初始温度为25℃，150g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19-6热力学第一定律封闭系统的内能变化等于吸收的热量减去系统对外做的功DE内=Q

–W（19-4）

注意符号的规定：系统吸收热量Q>0，系统放出热量Q<0系统对外界做正功,W>0,外界对系统做正功，W<0Q的类型:汽油,柴油等燃料燃烧释放的化学能由热源（热机或核电站）经热传导而获得吸收的太阳能等其他形式的能W的类型:活塞运动(内燃机、蒸汽机)马达转动(电扇)热力学第一定律热力学第一定律的微分形式例19-7:第一定律的应用已知2500J的热量流入了系统,同时外界对系统做功1800J。系统的内能变化量是多少?绝热过程Q=0,DE内=–W理想气体内能是温度的函数，等温过程0=Q

–W19-7热力学第一定律及应用等温过程(isothermal)

绝热过程(adiabatic)——没有热量的流入与流出.等压过程(isobaric)等体过程(isovalumetric)将活塞移动距离dl做功为:19-7热力学第一定律及应用计算做功：！！对不同的热力学过程计算做功，都可用该式对于等温过程,P=nRT/V.气体由状态点A变化到状态点B过程中做功的大小可由积分计算得到：常用公式！！气体由状态A变化到D——等体过程：由于体积不发生变化，dV=0,不做功。气体由状态D变化到B——等压过程：由于压力不变，做功积分∫pdV

=PΔV.做功用P-V图上阴影面积表示概念题19-9:等温和绝热过程的做功下面的PV图给出了等温和绝热这两种气体膨胀过程.初态体积都为VA，末态体积相同(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ΔE内=0Q-W=0Q=W=-1.6x103J

负号表示热量流失理想气体自由膨胀Q=0，W=0，△E=019-8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：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：1mol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19-8气体分子热容与能量均分定理气体比热容列表CP–CV

近似等于2CP

/CV随气体种类改变19-8气体分子热容与能量均分定理解释气体保持体积不变，气体不做功，W=0

ΔE内=QV

.气体保持压强不变的情况：

ΔE内=QP

-

PΔV.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19-8气体分子热容与能量均分定理此外,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）19-8气体分子热容与能量均分定理每一个转动或振动模式对应一个自由度.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½kT.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.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=319-9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=nRT PdV+VdP=nRdT.所以， (CP/CV)PdV+VdP=0.或者19-9气体绝热膨胀定义:积分结果为:比热容比绝热过程方程:19-9气体绝热膨胀(a)AB绝热过程单原子分子气体(b)分段考虑AB绝热过程

BC等温过程总功48kJ+37kJ=85kJ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（thermalconductivity）.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。19-10热量传递:传导、对流、辐射晒太阳、靠近火堆取暖，你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：:19-10热量传递:传导、对流、辐射σ

称为

斯特藩-玻尔兹曼（Stefan-Boltzmann）

常数。辐射系数ε

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，好的辐射体也是好