大学物理学-第七章-热力学基础

大学物理学-第七章-热力学基础

开尔文

卡诺

克劳修斯

大学物理学-第七章-热力学基础

7-1 内能 功和热量 准静态过程一、内能 功和热量M i RT E= Mmol 2

理想气体内能

内能是状态量,是状态参量T的单值函数。 的单值函数。 内能是状态量,是状态参量 的单值函数 实际气体内能： 实际气体内能： 所有分子热运动的动能 分子间势能的总和 子热运动的动能和 的总和。 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。 内能是状态参量 的单值函数。 内能是状态参量T、V的单值函数。 是状态参量 的单值函数

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系统内能改变的两种方式 1、做功可以改变系统的状态 、 摩擦升温(机械功)、电加热(电功) 摩擦升温(机械功)、电加热(电功) )、电加热 功是过程量 2、热量传递可以改变系统的内能 、 热量是过程量 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。 作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。 作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。 热量是系统与外界热能转换的量度。 热量是系统与外界热能转换的量度。

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二、准静态过程 当热力学系统在外界影响下， 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一 过程。 个状态的变化过程，称为热力学过程 简称过程 热力学过程， 个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 热力学过程 准静态过程

非静态过程 准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过 准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态， 程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 中间态都可以近似地看作平衡态的过程 程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态， 非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中 所有中间态为非平衡态的过程 的过程。 所有中间态为非平衡态的过程。 中间态

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弛豫时间： 弛豫时间： 从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。 从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。 对于实际过程， 对于实际过程，若系统状态发生变化的特征时间远 远大于弛豫时间，则可近似看作准静态过程。 远大于弛豫时间，则可近似看作准静态过程。 p-V图上，一点代表一个 图上， 图上 平衡态， 平衡态，一条连续曲线代 表一个准静态过程。 表一个准静态过程。 这条曲线的方程称为过程方程， 这条曲线的方程称为过程方程， 过程方程 理想的极限。 准静态过程是一种理想的极限 准静态过程是一种理想的极限。

p

I( p1,V ,T ) 1 1

o

II ( p2 ,V2 ,T2 )

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三、准静态过程的功和热量 1、体积功的计算 、 当活塞移动微小位移dl时 当活塞移动微小位移 时， 系

统对外界所作的元功为： 系统对外界所作的元功为：dl

p F S

pe

dA = Fdl = pSdl = pdV系统体积由V1变为 2,系统对外界作总功为： 系统对外界作总功为： 系统体积由 变为V 系统对外界作总功为

光滑

A = ∫ dA = ∫ pdV外界对系统作功V1

V2

准静态过程

pe = pV2

dA = pe Sdl = pedV A = ∫ dA = ∫ pedVV1 V2

dA = pdV A = ∫ pdVV1

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A = ∫ dA = ∫ pdVV1

V2

系统对外作正功； dV > 0, dA > 0, 系统对外作正功； 系统对外作负功； dV < 0,dA < 0, 系统对外作负功； 系统不作功。 dV = 0,dA = 0, 系统不作功。

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2、体积功的图示 、

A = ∫ pdVV1

V2

pp1I

b

由积分意义可知， 由积分意义可知，功的大小等 图上过程曲线p(V)下 于p—V 图上过程曲线 下 面积。 的面积。

p p2

a

II

o V V V + dV V V 1 2比较 a , b过程可知，功的数值不仅与初态和 过程可知， 过程可知 末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态， 末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功 与过程的路径有关。 与过程的路径有关。 ——功是过程量 功是过程量

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准静态过程中热量的计算 1、热容法 、M dQ = CmdT Mmol

M Q= Cm ( T2 T1 ) Mmol

Cm (摩尔热容 ：1mol物质升高 所吸收的热量 摩尔热容): 物质升高1K所吸收的热量 摩尔热容 物质升高 2、利用热力学第一定律 、

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7-2 热力学第一定律一、热力学第一定律 某一过程， 某一过程，系统从外界吸热 Q,对外界做功 A, , , 则由能量守恒： 系统内能从初始态 E1变为 E2,则由能量守恒：Q + ( A ) = E

Q = E + A规定

热力学第一定律 的普遍形式

Q>0,系统吸收热量；Q<0,系统放出热量； ,系统吸收热量； 系统放出热量； 系统放出热量 A>0,系统对外作正功；A<0,系统对外作负功； 系统对外作正功； 系统对外作负功； 系统对外作正功 系统对外作负功

E>0,系统内能增加， E<0,系统内能减少。 系统内能增加 系统内能减少。 系统内能增加， 系统内能减少

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对无限小过程

dQ = dE + dA对于准静态过程， 对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体 积的变化来实现的， 积的变化来实现的，则Q = E + ∫ pdVV1 V2

dQ = dE + pdV

热力学第一定律另一表述： 热力学第一定律另一表述： 制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需 能对外不断自动作功 制造第一类永动机 能对外不断自动作功而不需 要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器)是 要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器 是 不可能的。 不可能的。

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二、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用

dQ = dE + pdV1.等体过程 . V=恒量，dV=0,dA=pdV=0, 恒量， 恒量 ，

p

b T2

M i ∴( dQ ) = dE =

RdT V Mmol 2M i Q = E2 E1 = R( T2 T ) V 1 Mmol 2

0

a T1 VM i E= RT Mmol 2

等体过程中， 等体过程中，外界传给气体的热量全部用来增 加气体的内能，系统对外不作功。 加气体的内能，系统对外不作功。

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dQ = dE + pdV2. 等压过程V2

p 1 O V1

p=恒量 恒量

2V2 V

Ap = ∫ pdV = p(V2 V1 ) V1 M R( T2 T ) = 1 Mmol

Qp = E + p(V2 V1 ) M i M R( T2 T1 ) + R( T2 T1 ) = Mmol 2 Mmol

M RT pV = Mmol

等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加 系统的内能，一部分用来对外做功。 系统的内能，一部分用来对外做功。

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dQ = dE + pdV3. 等温过程 T=恒量，dT=0,dE=0 恒量， 恒量 ，( dQ )T = ( dA)TA = ∫ pdV T

p1 p2 O

p

.

I

M RT pV = Mmol

.IIV1 V2 V

V2 dV M M V2 RT∫ RT ln = = V1 V Mmol Mmol V1

M V2 M p1 Q = RT ln = RT ln T Mmol V Mmol p2 1

等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外 做功，系统内能保持不变。 做功，系 …… 此处隐藏：2256字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……