热力学第一定律及其应用.PPTx

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1、5.1.1 功 热量 内能1.功与内能的关系对系统作绝热功：结论：若初末态一定，则 绝热功相同。12内能:系统中存在一种与热运动状 态相关的能量内能。内能是系统状态的函数第1页/共24页2.热量与内能的关系T传递热量亦可以改变热力学系统的状态热量是物体之间存在温差时传递的内能(1)内能是系统状态的单值函数，E=E（状态），是状态量。(2)功和热量是过程量，不属于任何系统。(3)功和热量的比较。121212r说明说明第2页/共24页5.1.2 5.1.2 热力学第一定律外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分则用以对外界作功。(热力学第一定律)

2、系统吸热：系统对外作功：；外界对系统作功：；系统放热：对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为第3页/共24页(2)第一类永动机是不可能实现的，这是热力学第一定律的 另一种表述形式。(1)热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的能量守恒 与转换定律。r说明说明第4页/共24页5.1.3 5.1.3 准静态过程系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。1.热力学过程:1 12 22.准静态过程:在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态。无限缓慢进行的过程是准静态过程,准静态过程是理想过程第5页/共24页准静态过程在状态图上可用一条曲线表示,如图.过程进行时间 t 弛豫时

3、间例如实际汽缸的压缩过程=10-3 10-2s4.实际过程的处理准静态过程3.准静态过程的特点：可用状态参量的变化描述过程。第6页/共24页热力学第一定律可表示为 OVp功是一个过程量,见图125.5.准静态过程中功的计算SV1V2适合于任何的准静态过程第7页/共24页 5.1.4 理想气体的等体、等压、等温和绝热过程理想气体的等体、等压、等温和绝热过程r 结论结论1.热力学第一定律2.焦耳定律 3.状态方程+具体过程具体过程1 1、等体过程 u等体过程方程第8页/共24页u吸收的热量u内能的增量OVpV1等体过程中气体吸收的热量，全部用来增加它的内能，使其温度上升。2 2、等压过程u等压过程

4、方程OVpu功u功第9页/共24页u吸收的热量u内能的增量等压过程吸收的热量，一部分用来对外作功，其余部分则用来增加其内能。恒恒温温热热源源S l3 3、等温过程SV1V2u等温过程方程u内能的增量第10页/共24页u功u吸收的热量在等温膨胀过程中 ，理想气体吸收的热量全部用来对外作功，在等温压缩中，外界对气体所的功，都转化为气体向外界放出的热量。OVp第11页/共24页质量为2.8g，温度为300K，压强为1atm的氮气，等压膨胀到原来的2倍。氮气对外所作的功，内能的增量以及吸收的热量 解例求根据等压过程方程，有因为是双原子气体第12页/共24页4 4、绝热过程系统在绝热过程中始终不与外界交

5、换热量。u良好绝热材料包围的系统发生的过程u进行得较快，系统来不及和外界交换热量的过程1）过程方程 对无限小的准静态绝热过程 有第13页/共24页2）过程曲线微分A绝热线等温线由于 1 1，所以绝热线要比等温线陡一些。VpO泊松方程第14页/共24页绝热过程中 ，理想气体不吸收热量，系统减少的内能，等于其对外作功。3）绝热过程中功的计算第15页/共24页一定量氮气，其初始温度为300K，压强为1atm。将其绝热压缩，使其体积变为初始体积的 1/5.解例求 压缩后的压强和温度。第16页/共24页测定空气比热容比 =Cp /CV 的实验装置如图所示。先关闭活塞B，将空气由活塞 A 压入大瓶 C 中

6、，并使瓶中气体的初温与室温T0相同，初压 p1略高于大气压 p0；关闭活塞 A，然后打开活塞 B，待气体膨胀到压强与大气压平衡后，迅速关闭 B，此时瓶内气体温度已略有降低。待瓶内气体温度重新与室温平衡时，压强变为p2。把空气视为理想气体。例ABC证明 空气的 可以从下式算出C第17页/共24页(p2,V,T0)(p1,V1,T0)(p0,V,T)绝热证绝热第18页/共24页温度为25，压强为1atm 的1mol 刚性双原子分子理想气体经等温过程体积膨胀至原来的3倍。(1)该过程中气体对外所作的功；(2)若气体经绝热过程体积膨胀至原来的3 倍，气体对外所 作的功。解例求VpO(1)由等温过程可得

7、(2)根据绝热过程方程，有有第19页/共24页5.1.5 气体的摩尔热容气体的摩尔热容比热容 摩尔热容r 注意注意:1.摩尔热容：摩尔热容是过程量与具体过程有关.例:绝热过程、等温过程2.定体摩尔热容CV 和定压摩尔热容Cpu 定体摩尔热容CV第20页/共24页u定压摩尔热容Cp 第21页/共24页3、理想气体的摩尔热容CV、Cp 和内能的计算 1.定体摩尔热容和定压摩尔热容(CV,Cp)E=E(气体状态参量)=E(T )压强不变时，将状态方程两边对T 求导，有迈耶公式 比热容比 为什么？为什么？CpCV第22页/共24页2.理想气体内能的计算单原子分子 双原子刚性分子 多原子刚性分子 第23页/共24页感谢您的观看！第24页/共24页