热力学第一定律

热力学第一定律第1页，共73页，2023年，2月20日，星期日本章讨论热力学系统的状态发生变化时在能量上所遵循的规律－－－－热力学第一定律第2页，共73页，2023年，2月20日，星期日§2.1准静态过程系统状态发生变化的过程热力学过程准静态过程：过程中任意时刻，系统都无限接近平衡态要求：过程无限缓慢“无限”——过程进行的时间远大于由非平衡态到

平衡态的过渡时间（驰豫时间）第3页，共73页，2023年，2月20日，星期日气缸实际时间约为10-2s，可初级近似为准静态过程弛豫时间约10-3秒

实现：外界压强总比系统压强大一小量△P，就可以缓慢压缩。例气体的准静态压缩实际压缩一次1秒第4页，共73页，2023年，2月20日，星期日举例：系统（初始温度T1）从外界吸热系统T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2从T1T2

是准静态过程系统温度T1直接与热源T2接触，最终达到热平衡，不是准静态过程。因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图，如P-V图（或P-T图，V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。第5页，共73页，2023年，2月20日，星期日VPo等温过程等容过程等压过程循环过程

几种等值过程曲线第6页，共73页，2023年，2月20日，星期日§2.2功、热、内能一、功做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）电源R第7页，共73页，2023年，2月20日，星期日psdlF以气缸内气体的准静态膨胀做功为例：准静态过程的体积功准静态过程中体积功的计算当dV>0

，dA>0，系统对外界做功当dV<0

，dA<0，外界对系统做功第8页，共73页，2023年，2月20日，星期日系统对外界做的总功功的几何表示VpV1V212VV＋dV第9页，共73页，2023年，2月20日，星期日例如：VP12V2V1P2P1第10页，共73页，2023年，2月20日，星期日体积功的特点做功与过程有关

功是过程量PVV1V2ⅠⅡ对相同的初末态，不同过程，A不同第11页，共73页，2023年，2月20日，星期日二、热量:Q1）系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，

热量传递可以改变系统的状态。如：夏天的车胎膨胀现象功、热都能改变系统状态热量传递的方向用Q的符号表示：规定：dQ>0表示系统从外界吸热dQ<0表示系统向外界放热

2）热量是过程量总热量：

积分与过程有关。第12页，共73页，2023年，2月20日，星期日三、系统的内能E对理想气体、处于温度为T的平衡态：系统的内能是状态量，如同P、V、T等量第13页，共73页，2023年，2月20日，星期日1)改变系统状态的方式有两种作功传热2)作功、传热是相同性质的物理量均是过程量小结系统的内能是状态量第14页，共73页，2023年，2月20日，星期日§2.3热力学第一定律系统在过程中

能量守恒热源QA——热力学第一定律功是过程量，内能是状态量热量也是过程量适用于任何热力学系统（气、液、固）的任何热力学过程，各量单位：JE1E2第15页，共73页，2023年，2月20日，星期日热一律对理想气体的应用对理想气体：第16页，共73页，2023年，2月20日，星期日对理想气体准静态过程：对无限小过程：第17页，共73页，2023年，2月20日，星期日一、等容过程V=CA=0等容过程吸收的热量全部用于改变系统的内能Vpp1p212V几种典型的等值准静态过程第18页，共73页，2023年，2月20日，星期日二、等温过程：T=C1V1Vpp1p22V2第19页，共73页，2023年，2月20日，星期日等温过程吸收的热量全部用于对外做功一个系统与外界的热量传递不一定引起系统本身温度的变化等温过程(相变）熔化；凝固；汽化；液化时。第20页，共73页，2023年，2月20日，星期日等压过程吸收的热量一部分用于对外做功，一部分用于改变内能。三、等压过程p=C VppV2V112第21页，共73页，2023年，2月20日，星期日例1:一定质量的理想气体,由状态a经b到达c,（如图,abc为一直线）求此过程中。（1）气体对外做的功；（2）气体内能的增量；（3）气体吸收的热量；(1atm=1.013×105Pa).第22页，共73页，2023年，2月20日，星期日第23页，共73页，2023年，2月20日，星期日摩尔热容量

C——1mol理想气体温度升高1度，所吸收的热量。比热(容)c，单位：J/kg·K摩尔热容量C，单位：J/mol·K§2.4热容量“一定量气体温度升高dT，所吸收的热量为dQ”定体摩尔热容量

C

V，m:

——1mol理想气体在等容过程中温度

升高1度，所吸收的热量。定压摩尔热容量

C

p，m:

——1mol理想气体在等压过程中温度

升高1度，所吸收的热量。第24页，共73页，2023年，2月20日，星期日一、定体摩尔热容理想气体等容过程：对m克理想气体的等容过程：

等容过程：第25页，共73页，2023年，2月20日，星期日二、定压摩尔热容理想气体等压过程：第26页，共73页，2023年，2月20日，星期日比热（容）比γ：——迈耶公式思考：第27页，共73页，2023年，2月20日，星期日刚性多原子分子的取值与气体分子的种类有关单原子分子刚性双原子分子室温下与实验基本符合第28页，共73页，2023年，2月20日，星期日热力学第一定律在各等值过程的应用3.等压过程：2.等容过程：1.内能:4.等温过程：第29页，共73页，2023年，2月20日，星期日例:0.02kg的氦气（视为理想气体）,温度由17°C升为27°C,若在升温过程中,（1）体积保持不变；（2）压强保持不变；（3）不与外界交换热量,试分别求出气体内能的改变、吸收的热量、外界对气体作的功。第30页，共73页，2023年，2月20日，星期日第31页，共73页，2023年，2月20日，星期日§2.5理想气体的绝热过程过程中，不能或来不及与外界交换热量。绝热层对m克气体，当A>0，

T2<T1,

绝热膨胀使温度降低当A<0，

T2>T1,

绝热压缩使温度升高打气筒第32页，共73页，2023年，2月20日，星期日①②不定积分一、理想气体准静态绝热过程第33页，共73页，2023年，2月20日，星期日绝热方程VPo——泊松公式第34页，共73页，2023年，2月20日，星期日由A点处斜率判断：绝热线与等温线的比较系统从A点出发，经历等温与绝热过程

绝热线比等温线更陡VPoA等温绝热第35页，共73页，2023年，2月20日，星期日1）若理想气体绝热膨胀对外做正功：2）若理想气体绝热压缩对外做负功：由及可知：第36页，共73页，2023年，2月20日，星期日Q=0，A=0，△E=0二、气体绝热自由膨胀：气体绝热自由膨胀为一非准静态过程即：膨胀前后p2T2V2气体真空p1T1V1气体的绝热自由膨胀并非等温过程作业：3.9;3.10第37页，共73页，2023年，2月20日，星期日例：汽缸内有一种刚性双原子分子的理想气体，若经过准静态绝热膨胀后，气体的压强减小了一半，求变化前后气体的内能之比E1:E2=？解：对双原子分子g=7/5第38页，共73页，2023年，2月20日，星期日例2:温度为25C、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)计算这个过程中气体对外的功.(2)假设气体经绝热过程体积膨胀至原来的,3倍那么气体对外做的功又是多少?第39页，共73页，2023年，2月20日，星期日解：（1）等温过程气体对外作功为（2）绝热过程气体对外作功第40页，共73页，2023年，2月20日，星期日2.工作物质：将热转换为功的物质系统（可为固、液、气），简称工质。3.循环过程：工质经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程，简称循环。§

2.6

循环过程一、热机及其效率的一般概念1.热机：利用热做功的机器。如蒸汽机、内燃机等。Vp第41页，共73页，2023年，2月20日，星期日A1A2Q2Q1RBPC热电厂内水的循环过程：第42页，共73页，2023年，2月20日，星期日VPadcb内能不变净功等于曲线包围面积正循环：过程顺时针进行逆循环：过程逆时针进行循环以吸热对外做功为目的，称为热机循环循环以从低温热源吸热为目的，称为制冷循环循环过程的特征：由若干个分过程组成第43页，共73页，2023年，2月20日，星期日Q1Q2高温热库低温热库工质A净4.热机循环效率：能流图第44页，共73页，2023年，2月20日，星期日1）Q1表示循环过程中吸热分过程吸收热量的和，Q1>0;2）Q2表示循环过程中放热分过程放出热量的和，Q2<0;3）A净表示热机循环一次系统对外做净功。第45页，共73页，2023年，2月20日，星期日例11molO2进行如图所示循环，其中AB为等温过程，求：1)一次循环对外所做净功A、吸收的热量Q1；2）此循环的效率h。P(atm)V(l)22.444.8ABC1第46页，共73页，2023年，2月20日，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1解：AB等温膨胀第47页，共73页，2023年，2月20日，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1BC等压压缩第48页，共73页，2023年，2月20日，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1CA等容升温第49页，共73页，2023年，2月20日，星期日1）2）第50页，共73页，2023年，2月20日，星期日PVT1ABT2CD§2.7卡诺循环准静态循环，工质为理想气体，只和两个恒温热库交换热量。AB：等温膨胀T1BC：绝热膨胀CD：等温压缩T2DA：绝热压缩第51页，共73页，2023年，2月20日，星期日PVT1ABT2CD第52页，共73页，2023年，2月20日，星期日卡诺循环效率只与热源温度有关实际热机的最大效率指明了实际热机提高效率的途径300MW发电机组的主蒸汽温度约为T2=600C°,T1=30C°，卡诺效率为65％，实际效率约为30％左右。习题指导26；18；19第53页，共73页，2023年，2月20日，星期日Q1Q2高温热库低温热库工质A1.工作原理：2.致冷系数2.8致冷循环（逆循环）第54页，共73页，2023年，2月20日，星期日3.卡诺致冷循环T1ABT2DPVC第55页，共73页，2023年，2月20日，星期日致冷机（冰箱）的工作过程：作业:3.20;3.25;3.27

习题指导：12；15；24第56页，共73页，2023年，2月20日，星期日例：一定量理想气体，从初态A开始，经历三种不同过程，B、C、D处于同一条等温线上，AC为绝热线。问1.AB过程吸热还是放热？

2.AD过程是吸热还是放热？VPoADCB1.若以ABCA构成循环过程为逆循环过程AB放热第57页，共73页，2023年，2月20日，星期日2.若以A

D

CA构成循环过程VPoADCB为正循环过程AD吸热第58页，共73页，2023年，2月20日，星期日1.一定量的理想气体，经历某过程后，它的温度升高

了．则根据热力学定律可以断定：（1）该理想气体系统在此过程中吸了热．（2）在此过程中外界对该理想气体系统作了正功．（3）该理想气体系统的内能增加了．（4）在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对

外作了正功．以上正确的断言是：(A)(1)、(3).(B)(2)、(3).(C)(3).(D)(3)、(4).(E)(4).

[C]第59页，共73页，2023年，2月20日，星期日2.某理想气体分别进行了如图所示的两个卡诺循环：I（abcda）和II（a’b’c’d’a’），且两条循环曲线所围面积相等。设循环Ι的效率为，每次循环在高温热源处吸的热量为Q，循环II的效率为'，每次循环在高温热源处吸的热量为Q'，则（A）<',Q<Q',（B）<',Q>Q',（C）>',Q<Q',（D）>',Q>Q'.[B]第60页，共73页，2023年，2月20日，星期日3.理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小（图中阴影部分）分别为S1和S2，则二者的大小关系是：（A）S1>S2； （B）S1=S2；（C）S1>S2；

（D）无法确定。[B]ADCB第61页，共73页，2023年，2月20日，星期日4.一定量的理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是：AB等压过程；AC等温过程；AD绝热过程,其中吸热最多的过程。[A

]（A）是AB；（B）是A

C;（C）是AD；（D）既是AB也是AC,两过程吸热一样多。做功最多？内能增加最多？第62页，共73页，2023年，2月20日，星期日5.一定的理想气体,分别经历了上图的abc的过程,（上图中虚线为ac等温线）,和下图的def过程（下图中虚线df为绝热线）,判断这两个过程是吸热还是放热。[A]（A）abc过程吸热,def过程放热；（B）abc过程放热,def过程吸热；（C）abc过程和def过程都吸热；（D）abc过程和def过程都放热。第63页，共73页，2023年，2月20日，星期日6.一定量某理想气体所经历的循环过程是：从初态（V0，T0）开始，先经绝热膨胀使其体积增大1倍，再经等容升温回复到初态温度T0，最后经等温过程使其体积回复为V0，则气体在此循环过程中：（A）对外作的净功为正值；（B）对外作的净功为负值；（C）内能增加了；（D）从外界净吸的热量为正值。

[B]第64页，共73页，2023年，2月20