第二章热力学第一定律概念及公式总结

1、第二章热力学第一定律重点小结第二章热力学第一定律2.3 热力学基本概念2.3.1隔离系统：没有物质或能量的交换封闭系统：有能量交换敞开系统：有能量或物质的交换2.3.2 平衡态：（当系统的各种性质不随时间而改变， 则系统就处于热力学平衡状态） 热力学必须同时满足的条件平衡：热动平衡、力学平衡、相平衡、化学平衡。2.3.3 状态函数（当系统的状态发生变化时，它的一系列性质也随之变化，改变的多少取决于始态和终态）【异途同归，值变相等；周而复始，数值还原】m T、P、P、V、浓度、黏度、折光率、热力学能、烙、嫡2.3.4 状态方程T = f （p,v ）与系统性质有关的函数2.3.5 过程和途径2.

2、3.5.1 常见的变化过程有：等温过程：只有始终态温度不变恒温过程：在过程中温度一直持续不变等压过程：始终态压力相等且等于环境温度等容过程：系统变化过程中体积不变（刚性容器）绝热过程：系统与环境没有热交换（爆炸、快速燃烧）Q=0环状过程：系统经一系列变化又回到了原来的状态炉 dv =0 、/ dp = 0 、6dU = 0、 dT = 0状态函数的变化值仅取决于系统的始终态，而与中间具体的变化无关。过程函数的特点：只有系统发生一个变化时才有过程函数过程函数不仅与始终态有关还与途径有关没有全微分，只有微小量。用6Q、6w表示环积分不一定为0 （不一定炉6q = 0 ）2.3.6 热和功热的本质是

3、分子无规则运动强度的一种体现，系统内部的能量交换不可能是 热。功和热都不是状态函数，其值与过程无关。2.4 热力学第一定律热力学能是指系统内分子运动的平动能、转动能、振动能、电子及核的能量， 以及分子与分子之间相互作用的位能等能量的总和。文字表述：第一类永动机是不可能造成的 （既不靠外界提供能量，本身也不减少能量, 却可以不断对外做功的机器称为第一类永动机）能量总量在转化过程中保持不变 系统热力学能的变化是：U =U2 -U1 =Q W系统发生微小变化，热力学能的变化dU为：dU =、Q 、W （状态函数）对于物质的量为定值的封闭系统，则微小变量的热力学能变化可以表示为：U cv UU 石 U

4、 dU = dT十 dp11TI 4P %2.5 准静态过程与可逆过程2.5.1 功与过程 系统做的膨胀功为：W = - Fedl = - PedVee膨胀功分为：自由膨胀（向真空膨胀）W=0外压Pe为零的膨胀过程，由于 Pe=0所以，6 We,i = 0 ,系统对外不做功。外压始终维持恒定：We,2 =-Pe（V2-V1）多次等外压膨胀：We,3 = - P；& V1 - Pe&V2外压Pe总是比内压 P i小一个无限小的膨胀： v2we,4 = -PidV = -nRT ln （理想气体且温度恒定） v1v1膨胀功需要注意的：Pe是环境压力而非系统压力；不论系统是膨胀还是压缩，体积功都用一

5、Edv表示；只有- PedV这个量才是体积功，而- PVe、- PdVe、- V d P都不 是体积功；等温可逆膨胀过程中系统对环境做最大功； 等温可逆压缩过程中环境 对系统做最小功；外压分布越多，系统对外所做的功也就越大。 理想气体：宏观上，理想气体是一种无限稀薄的气体， 遵从理想气体状态方程和焦耳内能定律。实际气体：气体分子本身占有容积，分子之间存在作用力气体。2.6 始（H ）2.6.1 等容且不做非膨胀功条件下有:AV =0、W =0、 AU =Qv、双=dU + Pdv2.6.2 等压不做非膨胀功条件下有：Qp 二 dU pdv dp = 0 Qp = d U pv2.7 热容：系统

6、升高单位热力学温电时58QC（T）典 *定压热容：H =Qp = CpdT定压摩尔热容：Cpm T二. n dTCp、Cv是广度性质的状态函数，而2.8 热力学第一定律对理想气体的应用吸收的热定容热容：U =Qv = GdT定容摩尔热容：CvmT =.也 n dTCpm、Cm是强度性质的状态函数82.8.1 对于理想气体，在等容不做非膨胀功的条件下：AU =Qv = fcvdT对于理想气体，在等压不做非膨胀功的条件下：AH =Qp =CpdT2.8.2 理想气体的Cp、Cv之差fcUV eVCp-Cjp+uik!（适用于任何均匀系统）理想气体下，Cp-Cv=nR、Cp,mCv,m=R2.8.3

7、 绝热过程的功和过程方程式（Q=0：在绝热过程中，Q=Q在不作非膨胀功时，dU =、.W或dU . pdV=0u )JdU )dU =1 dT+1TdVCv 为常数【订 ” X.GV JWU=Q(T2-RdU = CvdT、au = CdT工绝热过程中温度一定变化，当绝热膨胀时系统对外做功，热力学能一定下降,系统温度必然降低；当绝热过程压缩时，环境对系统做功，热力学能一定增加, 系统温度上升。绝热过程膨胀时，T实际气体丁理想气体绝热过程压缩时，T理想气体丁实际气体nR = C = -1 则有Cv CvdT -idV此式无论Cv是否与T有关均能成立。若Cv是常数，对于单原子理想气体35Cv,m=

8、R、对双原子分子理想气体Cv,m= R。22PV = L、p1v/ = p2 v2 、TV =k2P1 Tr =k3nR 二-1CV绝热可逆过程中的功：L = W -CV T2 -T1w = - Jv：2 pdv =-鼻 |- -yy1 = w = C- 1-YV2V/，（适用于理想气体）P2.8.4 Carnot 循环AB:等温可逆膨胀BC:绝热可逆膨胀AD:绝热可逆压缩DC:等温可逆压缩过程（1）:等温可逆膨胀U1 = 0、Qh =训、W = - MV2 pdV = nRTh ln V1V2过程（2）:绝热可逆膨胀TCQ2 = 0、W2 =&U2 = fnCv,mdTTh过程（3）:等温可

9、逆压缩U3 =0、QC= -Ws、W3 = -Jvv4 pdv = nRTc ln V3、W3 0、QC 0v4过程（4）:绝热可逆压缩ThW4 =AU4 = jnCV,mdT、Q4 =0、Tc以上四个过程构成一个可逆循环，系统又回到了始态:U =0、Q = 9、Q = Qh+QC（Qc 0）、W=W+W4+W3+W4 =皿十四（W2 与 W4 对消）=nRThlnN + nRTclnv3V2V4ThV2Y- =TcV3力、ThV1y1 =TcV4力、W = nR（Th -TC ）ln V1 2.8.5V2热机效率：将热机对环境所做的功与从高温热源所吸收的热之比卫=1-Tc或二卫二1%QhTh

10、Qh（Qc 0）所以热机效率小于12.102.10.11+2=1工或QhThQ-0Tc ThJ-T 效应-实际气体的ZkU和AH：节流：由于存在阻力，流体的压力降低;J-T效应：节流前后T不同的现象。节流膨胀：维持一定压力差的绝热膨胀过程。 气体经膨胀后的温度变化与压力变化的【节流过程是个等烙过程,即绝热等烙过程】-T=（子）比值巴工用微分表示为叩九Njj为焦-汤系数。T法_器_2j T 0 0理想气体，巴工=0;实际气体,2.10.2 实际气体的AH和AU气体的等焰线在等温下当体积变化时 pVm11=a -UmVm，2 J11=a -1Vm,1Vm,2 ,实际气体的1型i和T T辿I的都不等于零, .N TH