2021-2022学年高二物理竞赛课件：热力学第一定律(共42张PPT).pptx

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1、第二节第二节热力学第一定律热力学第一定律 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 一、功一、功 热量热量 内能内能 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 一、功一、功 热量热量 内能内能1 1、功功：通过物体作通过物体作“宏观位移宏观位移”来完成的。来完成的。3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 一、功一、功 热量热量 内能内能1 1、功功：通过物体作：通过物体作“宏观位移宏观位移”来完成的。来完成的。2 2、热量热量：系统之间由于：系统之间由于温度不同温度不同而传递的而传递的 能量能量 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 焦耳实验焦耳实验T1绝绝热热壁壁3 3

2、、内能内能 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 焦耳实验焦耳实验TT21绝绝热热壁壁温度上升温度上升搅拌器搅拌器3 3、内能内能 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 焦耳实验焦耳实验TT21绝绝热热壁壁搅拌器搅拌器外界对系统作功使系统状态改变，根据能量外界对系统作功使系统状态改变，根据能量守恒定律所作的功将以某种能量形式储存在守恒定律所作的功将以某种能量形式储存在系统内，称这一能量为系统的内能。系统内，称这一能量为系统的内能。温度上升温度上升3 3、内能内能 3-1-2 3-1-2 热力学第一定律 内能 在焦耳实验中，只要初末状态一定，不在焦耳实验中，只要初末状态一定，不论

3、所经历的过程如何对系统所作的功的数值论所经历的过程如何对系统所作的功的数值是相同的。是相同的。在焦耳实验中，只要初末状态一定，不在焦耳实验中，只要初末状态一定，不论所经历的过程如何对系统所作的功的数值论所经历的过程如何对系统所作的功的数值是相同的。也就是是相同的。也就是内能的改变只决定于初内能的改变只决定于初、末状态而与所经历的过程无关。末状态而与所经历的过程无关。在焦耳实验中，只要初末状态一定，不在焦耳实验中，只要初末状态一定，不论所经历的过程如何对系统所作的功的数值论所经历的过程如何对系统所作的功的数值是相同的。也就是是相同的。也就是内能的改变只决定于初、内能的改变只决定于初、末状态而与所

4、经历的过程无关。末状态而与所经历的过程无关。内能是系统状态的单值函数内能是系统状态的单值函数。在焦耳实验中，只要初末状态一定，不在焦耳实验中，只要初末状态一定，不论所经历的过程如何对系统所作的功的数值论所经历的过程如何对系统所作的功的数值是相同的。也就是是相同的。也就是内能的改变只决定于初内能的改变只决定于初、末状态而与所经历的过程无关。末状态而与所经历的过程无关。内能是系统状态的单值函数内能是系统状态的单值函数。例如：例如：理想气体的理想气体的内能内能决定于决定于温度。温度。在焦耳实验中，只要初末状态一定，不在焦耳实验中，只要初末状态一定，不论所经历的过程如何对系统所作的功的数值论所经历的过

5、程如何对系统所作的功的数值是相同的。也就是是相同的。也就是内能的改变只决定于初内能的改变只决定于初、末状态而与所经历的过程无关。末状态而与所经历的过程无关。内能是系统状态的单值函数内能是系统状态的单值函数。例如：例如：理想气体的理想气体的内能内能决定于决定于温度。温度。只对系统传热也能使系统的状态改变，只对系统传热也能使系统的状态改变，在这一点上传热和作功是等效的。在这一点上传热和作功是等效的。二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAE=12+Q 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAE=12+吸热为吸热为+，QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAE=12+吸热为吸热为+，放热为放热

6、为 QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAAE=12+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAAE=12+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，外界对系统作功为，外界对系统作功为QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAAEEE=2112+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，外界对系统作功为，外界对系统作功为系统的内能增量系统的内能增量QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAAEEE=2112+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，外界

7、对系统作功为，外界对系统作功为系统的内能增量系统的内能增量 对于一微小的过程第一定律可表示为：对于一微小的过程第一定律可表示为：QQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律EAAAEEE=2112+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，外界对系统作功为，外界对系统作功为系统的内能增量系统的内能增量 对于一微小的过程第一定律可表示为：对于一微小的过程第一定律可表示为：d E+QQQ 二、热力学第一定律二、热力学第一定律ddEAAAEEE=2112+吸热为吸热为+，放热为放热为 系统对外作功为系统对外作功为+，外界对系统作功为，外界对系统作功为系统的内能增量系统的内能增量 对

8、于一微小的过程第一定律可表示为：对于一微小的过程第一定律可表示为：ddE+热力学第一定律的实质是包括热量在内热力学第一定律的实质是包括热量在内的能量守恒和转换定律。的能量守恒和转换定律。二、热力学第一定律二、热力学第一定律QQQd 准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式PdlS 准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式PdlSF=PS 准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式PdlSFdlF=PS A.准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式dPdlSFdlPSdlF=PS A.准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式dPdlSF=dlPSdlF=PS A.P dV 准静态过程功的表达式准静

9、态过程功的表达式dPdlSF=dlPSdlF=PS A.P dVA=12P dVVV 准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式dp1212pPdldoSF=dlP dPSdlF=PS A.功的几何意义功的几何意义:功在数值上等于功在数值上等于P V 图图上过程曲线下的面积。上过程曲线下的面积。VVVVVA=12P dVVV 准静态过程功的表达式准静态过程功的表达式d热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：Q=dE+P dV d微分形式微分形式热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：21Q=EE+P dV Q=dE+P dV d微分

10、形式微分形式积分形式积分形式热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：21abab.PVOmn=EE+P dVVVQ Q=dE+P dV d微分形式微分形式积分形式积分形式热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：21abab.PVOmnamb和和anb过程所作的功不同，吸收的热量过程所作的功不同，吸收的热量也不同。也不同。=EE+P dVVVQ Q=dE+P dV d微分形式微分形式积分形式积分形式热力学第一定律可表达为：热力学第一定律可表达为：21abab.PVOmnamb和和anb过程所作的功不同，吸收的热量过程所作的功不同，吸收的热量也不同。也不同。所以所以功、热量和所经历

11、的过程有关，功、热量和所经历的过程有关，而内能改变只决定于初末态和过程无关。而内能改变只决定于初末态和过程无关。=EE+P dVVVQ Q=dE+P dVd微分形式微分形式积分形式积分形式三、热容量三、热容量 三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则

12、称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/molK0 0)三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/molK0 0)体系为单位质量，则称体系为单位质量，则称比热比热(容容)c c(J/kgK(J/kgK0 0)三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C

13、=dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/molK0 0)体系为单位质量，则称体系为单位质量，则称比热比热(容容)c c(J/kgK(J/kgK0 0)定压热容：定压热容：C CP P=(dQ/dT)=(dQ/dT)P P=C CP P 三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/m

14、olK0 0)体系为单位质量，则称体系为单位质量，则称比热比热(容容)c c(J/kgK(J/kgK0 0)定压热容：定压热容：C CP P=(dQ/dT)=(dQ/dT)P P=C CP P C CP P -称称定压摩尔热容定压摩尔热容三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/molK0 0)体系为单位质量，则称体系为单位质量，则称比热比热(容容)c c(J/kgK(

15、J/kgK0 0)定压热容：定压热容：C CP P=(dQ/dT)=(dQ/dT)P P=C CP P C CP P -称称定压摩尔热容定压摩尔热容定体热容：定体热容：C CV V=(dQ/dT)=(dQ/dT)V V=C CV V 三、热容量三、热容量 在一定过程中，体系吸收热量在一定过程中，体系吸收热量 Q Q 与温度与温度T T 的变化率。即的变化率。即 C C =dQ/dT=dQ/dT （J/KJ/K0 0）体系为单位摩尔，则称体系为单位摩尔，则称摩尔热容摩尔热容 C C(J/molK(J/molK0 0)体系为单位质量，则称体系为单位质量，则称比热比热(容容)c c(J/kgK(J/

16、kgK0 0)定压热容：定压热容：C CP P=(dQ/dT)=(dQ/dT)P P=C CP P C CP P -称称定压摩尔热容定压摩尔热容定体热容：定体热容：C CV V=(dQ/dT)=(dQ/dT)V V=C CV V C CV V-称称定体摩尔热容定体摩尔热容 理想气体的定压摩尔热容理想气体的定压摩尔热容 CP 和定体和定体摩尔热容摩尔热容 CV都是常数。都是常数。例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V

17、1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。P1，V1初态初态P2，2V1例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。P1，V1初态初态末态末态例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0例：理

18、想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0由热力学第一定律：由热力学第一定律：Q=E2-E1+A，例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0由热力学第一定律：由热力学第一定律：Q=E2-E1+A，得，得 E2=E1 即：内能不变即：内能不变 例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝

19、热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0由热力学第一定律：由热力学第一定律：Q=E2-E1+A，得，得 E2=E1 即：内能不变即：内能不变 因理想气体内能只决定于温度，故因理想气体内能只决定于温度，故 T2=T1例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0由热力学第一定律：由热力学第一定律：Q=E2-E1+A，得，得 E

20、2=E1 即：内能不变即：内能不变 因理想气体内能只决定于温度，故因理想气体内能只决定于温度，故 T2=T1理想气体的状态方程：理想气体的状态方程：P2V2/T2=P1V1/T1 例：理想气体从例：理想气体从(P1，V1)绝热自由膨胀到绝热自由膨胀到状态状态(P2，2V1)，试求末态压强，试求末态压强 P2。解：绝热过程：解：绝热过程：Q=0，自由膨胀过程：，自由膨胀过程：A=0由热力学第一定律：由热力学第一定律：Q=E2-E1+A，得，得 E2=E1 即：内能不变即：内能不变 因理想气体内能只决定于温度，故因理想气体内能只决定于温度，故 T2=T1理想气体的状态方程：理想气体的状态方程：P2V2/T2=P1V1/T1 已知已知 V2=2V1、T2=T1，得得 P2=P1/2