高二物理竞赛功、热量 课件

1、功、热量(Work,Heat)回忆：内能在温度不太高的情况下，对一定质量的气体分子组成的系统，内能是系统内分子热运动动能和分子间相互作用势能的总和。系统内能是温度(T)和体积(V)的函数，即：对于理想气体，内能只是温度的单值函数，即E=f(T)，在常温下，理想气体内能为：E=f(T,V)当温度变化ΔT

时，其内能增量为：以气体膨胀做功为例，计算与系统体积变化相联系的机械功设缸内气体做准静态膨胀，气体对活塞的压力为pS，当气体推动活塞缓慢地移动一段微小位移dl时，气体对外界做功为：dA=pSdl=pdV当dV>0时，dA>0，系统体积膨胀，对外做正功；当dV<0，dA<0，系统体积缩小，外界对系统做正功，即系统对外做负功。准静态过程中的体积功若系统经历一有限的准静态过程，体积由V1

变为V2，则系统对外界所做的总功为：以气体膨胀做功为例，气体从初态(I)变化到末态(Ⅱ)用上式求出的功的大小，根据定积分的意义可知，即为p-V状态图过程曲线下的面积。(a)(b)AaAbAb>Aa功是过程量(1)E2–E1——系统内能增加，(E2–E1)为正值，即(E2–E1)>0；

系统内能减少，(E2–E1)为负值，即(E2–E1)<0。(2)Q

——系统从外界吸收热量，Q

为正值，即Q>0；

系统向外界放热，Q

为负值，即Q<0。(3)A——系统对外界做功，A

为正值，即A>0；

外界对系统做功，A

为负值，即A<0

（即系统对外做负功）。公式中各量正负值的规定：对于任一无限小的过程（即初态与末态相距很近的过程），热力学第一定律应写为：dQ=dE+dA无限小过程的无限小热量，它不表示对Q

的全微分无限小过程内能的增量无限小过程系统无限小做功值，它不表示对A的全微分功，热均为在过程中传递的能量，即过程量。内能为状态函数。对于理想气体，内能只与温度有关：对于准静态过程，体积功可以直接由积分公式求出。注意：一个系统与外界的热传递不一定引起系统本身温度的变化。热库T例1：等温过程（膨胀或压缩）2.过程方程：pV=const.

初态与末态的状态参量关系为p1V1=p2V2等温过程曲线在p-V图上为一段双曲线。3.等体过程中的功、热量和内能增量ΔE=0Q=A1.过程特征系统温度保持不变，即dT=0，T

=const.等温过程由理想气体状态方程例2：系统发生相变：熔化、凝固、汽化或液化潜热：物体在相变时所吸收或放出的热量或例如：水的汽化是等温，等压相变过程，可想象为水从热库缓慢吸热汽化，水汽缓慢的推动活塞移动对外做功，如图所示。大气压无摩擦轻活塞恒温热库绝热壁Q水的等温、等压汽化水从热库吸收的热量水汽对外做功系统内能的增量（系统的势能）讨论：第一类永动机不可能制成这种永动机不需要外界供给热量(Q=0)，也不消耗系统内能(E2–E1)=0，但却能不停地对外做功(A>0)。显然，它违反能量守恒定律。历史上不少人曾企图制造这种机器，皆以失败而告终。什么是第一类永动机？第一类永动机不可能制成也可做为热力学第一定律的另一种表述。说明：

热力学第一定律适用于任何系统的任何过程。应用时，只要初态和末态是平衡态即可，中间过程所经历的各态不需要一定是平衡态。

热力学第一定律给出了关于“热量”更为科学的定义：系统吸收的热量就是系统内能的增量与系统对外界做功之和。3.4热容系统与外界之间有热量的传递时会引起系统本身温度的变化。这二者之间的关系可用热容表示。热容定义：一个系统温度升高dT

时，如果它所吸收的热量为dQ，则系统的热容为热容量的SI单位是焦耳/开(J/K)，其数值等于系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K，吸收（或放出）的热量。该数值与系统中物质的质量

M

成正比，与系统经历的过程有关。1.

比热[容]──系统内物质的质量为单位质量(1kg)时的热容称为比热[容]，单位为J/(kg·K)，用c表示。即由上式可知系统的热容量为：C=mc2.摩尔热容──系统内物质的量为1mol时的热容称摩尔热容，单位为J/(mol·K)，用Cm

表示。设物质的摩尔质量为M，则为：或：Cm=Mc注意：由于dQ是一个过程量，故同一种理想气体在不同的过程中，热容、比热容及摩尔热容是不同的。定体热容：系统在体积保持不变的过程中的热容