第三热力学第一定律

第三热力学第一定律演示文稿目前一页\总数一百一十二页\编于五点（优选）第三热力学第一定律目前二页\总数一百一十二页\编于五点如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程为非准静过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变化，则该过程为非准静过程。例如：气缸活塞压缩的速度过快，气体的状态发生变化，还来不及恢复，P、V、T无确定关系，则此过程为非准静过程。目前三页\总数一百一十二页\编于五点

对非常缓慢的过程可近似认为是准静态过程。准静态过程中气体的各状态参量都有确定的值，可在P~V

图上作出连续的过程曲线。目前四页\总数一百一十二页\编于五点如果过程进行的时间t>可视为准静过程；如果过程进行的时间t<则为非准静过程；系统来得及恢复平衡态。系统来不及恢复平衡态。驰豫时间系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间。目前五页\总数一百一十二页\编于五点

1.功是系统内能变化的量度。系统作功是通过物体作宏观位移来完成的。例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推动气缸活塞对外作功。二、功2.气体作功的计算由功的定义：目前六页\总数一百一十二页\编于五点如果体积变化从V1—V2，在整个过程中气体作功为：元功压强目前七页\总数一百一十二页\编于五点3.在P-V图中曲线下的面积为功曲线下的面积：功的大小不仅取决于系统的始末状态，且与系统经历的过程有关.4.功是过程量目前八页\总数一百一十二页\编于五点从图中可看出，1-2与1-1’-2两个过程的始末状态相同，但过程曲线不同，两条曲线下的面积不同，则作功也不同。目前九页\总数一百一十二页\编于五点热量是高温物体向低温物体传递的能量。热量是系统内能变化的量度，是过程量。如一杯80ºC的热水，向周围温度较低的空气放出热量，这是一个过程，而说这杯水具有多少热量是错的，具有的是内能，当水温度下降时，内能也减小。2.热量与温度的区别热量是系统内能变化的量度，是过程量。温度反映物体冷热程度，是分子平均平动动能的标志，是状态量。1.概念§2热量目前十页\总数一百一十二页\编于五点c是比热：1kg物质升高1ºC吸收的热量；Mc是热容：Mkg物质升高1ºC吸收的热量；定义

c

为摩尔热容：1mol气体升高1

ºC所吸收的热量。热量摩尔热容还可写成1mol物质升高单位温度所吸收的热量。3.热量的计算目前十一页\总数一百一十二页\编于五点

对于固体吸热体积变化很小，用一个比热即可。而气体吸热后，对不同的过程吸热也不一样。因此对不同过程引入不同的摩尔热容。等容过程：引入等容摩尔热容CV，表示在等容过程中，1mol气体升高单位温度所吸收的热量。符号表示“元”，因为Q不是状态函数，不能写成全微分d。目前十二页\总数一百一十二页\编于五点等压过程：引入等压摩尔热容CP，表示在等压过程中，1mol气体升高单位温度所吸收的热量。热量热量目前十三页\总数一百一十二页\编于五点

热力学第一定律实际上是包括热现象在内的能量守恒与转换定律。一、规定内能增量、功、热量的正负1.内能增量系统温度升高系统温度降低2.功体积膨胀系统对外界做正功。体积收缩系统对外界做负功。§3热力学第一定律目前十四页\总数一百一十二页\编于五点或外界对系统作功。3.热量系统吸热系统放热二、热力学第一定律

设一热力学系统，初始时内能为E1，如果系统吸热，使系统内能增加到E2，系统对外作功A。目前十五页\总数一百一十二页\编于五点系统由能量守恒与转换定律1.热力学第一定律

系统吸收的热量，转变成系统的内能和系统对外做的功。2.热力学第一定律对微小过程的应用目前十六页\总数一百一十二页\编于五点符号表示“元”，因为Q、W不是状态函数，不能写成全微分d。3.明确几点①.注意内能增量、功、热量的正负规定。②.热—功转换不是直接进行的，而是间接的，内能是传递工具。系统吸热后，先使内能增加，再通过降低内能对外作功。由，目前十七页\总数一百一十二页\编于五点③.热力学第一定律是从实验中总结出来的。外界对系统作功，使内能增加，再通过内能降低，系统放热。所以内能是传递工具。第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对外作功的机械。第一类永动机违反能量守恒定律,即热力学第一定律------------------不可能制造出来。目前十八页\总数一百一十二页\编于五点等容过程也称等体过程。1.过程特点系统的体积不变2.过程方程3.过程曲线§4热力学第一定律在等值过程中的应用一、等容过程目前十九页\总数一百一十二页\编于五点4.内能增量5.功由于等容过程体积不变，P~V

图曲线下的面积为0，气体作功为0。6.热量7.热力学第一定律应用目前二十页\总数一百一十二页\编于五点等容摩尔热容单原子分子气体双原子分子气体意义：等容过程系统吸热全部转变成内能。多原子分子气体目前二十一页\总数一百一十二页\编于五点内能增量又可写成

此公式不仅适用于等容过程，对任何过程都适用。目前二十二页\总数一百一十二页\编于五点二、等压过程1.过程特点系统的压强不变2.过程方程3.过程曲线目前二十三页\总数一百一十二页\编于五点4.内能增量5.功6.热量7.热力学第一定律应用压强不变目前二十四页\总数一百一十二页\编于五点等压摩尔热容单原子分子气体双原子分子气体Mayer迈耶公式目前二十五页\总数一百一十二页\编于五点多原子分子气体CP>CV的物理意义:

1mol理想气体温度升高1ºC，对于等容过程,体积不变吸热只增加系统内能，而对于等压过程除了增加系统内能外，还要对外作功，所吸收的热量要更多一些。目前二十六页\总数一百一十二页\编于五点三、等温过程1.过程特点系统的温度不变2.过程方程3.过程曲线恒温源目前二十七页\总数一百一十二页\编于五点4.内能增量5.功由理想气体状态方程等温过程的功（1）目前二十八页\总数一百一十二页\编于五点由过程方程则等温过程的功（2）7.热力学第一定律应用等温过程则意义：等温过程系统吸热全部用来对外作功。目前二十九页\总数一百一十二页\编于五点四、绝热过程1.过程特点系统与外界绝热。无热量交换。绝热材料系统对外作功全部靠内能提供。绝热过程摩尔热容为0。目前三十页\总数一百一十二页\编于五点2.内能增量3.热力学第一定律应用

绝热过程系统对外作功，全部是靠降低系统内能实现的。绝热过程目前三十一页\总数一百一十二页\编于五点4.功由和上下同除以CV

,（1）目前三十二页\总数一百一十二页\编于五点定义摩尔热容比

则（2）由（3）有气体绝热膨胀气体绝热压缩目前三十三页\总数一百一十二页\编于五点例如压缩空气从喷嘴中急速喷出，气体绝热膨胀，温度下降，甚至液化。再如气缸活塞急速下压，气体绝热压缩,温度升高，使乙醚燃烧。比热比

—摩尔热容比单原子分子气体目前三十四页\总数一百一十二页\编于五点5.过程方程由热力学第一定律的微小过程应用公式双原子分子气体多原子分子气体目前三十五页\总数一百一十二页\编于五点由理想气体状态方程（2）全微分（3）（3）-（1）式（1）两边乘R有目前三十六页\总数一百一十二页\编于五点由和两边同除以PV目前三十七页\总数一百一十二页\编于五点积分（4）由（2）式与（4）消P（5）由（2）式与（4）消V（6）范围：只适用于准静态过程。目前三十八页\总数一百一十二页\编于五点6.过程曲线将绝热线与等温线比较(P-V图上)。①.等温线斜率②.绝热线斜率全微分斜率目前三十九页\总数一百一十二页\编于五点全微分绝热线斜率与等温线斜率比较绝热线斜率是等温线斜率的倍。绝热线要比等温线陡。意义：对于相同体积变化，等温过程对外目前四十页\总数一百一十二页\编于五点作功温度不变，系统从外界吸收热量，压强P下降较慢；对于绝热过程，系统对外作功全部靠内能提供，所以压强下降得较快，曲线较陡。例：讨论下列几个过程温度变化、内能增量、功、热量的正负。目前四十一页\总数一百一十二页\编于五点1.等容降压过程；2.等压压缩过程；3.绝热膨胀过程；4.未知过程与等温线有两个交点。解答：1.等容降压过程曲线下面积为0由目前四十二页\总数一百一十二页\编于五点由热力学第一定律2.等压压缩过程体积收缩，曲线下面积为负值。由放热过程目前四十三页\总数一百一十二页\编于五点由热力学第一定律放热3.绝热膨胀过程由热力学第一定律目前四十四页\总数一百一十二页\编于五点4.未知过程与等温线有两个交点由于1、2点在等温线上，由热力学第一定律放热目前四十五页\总数一百一十二页\编于五点自由膨胀

特点：迅速来不及与外界交换热量则Q=0

非准静态过程无过程方程

办法：只能靠普遍的定律（热律）自由膨胀绝热热律目前四十六页\总数一百一十二页\编于五点自由膨胀理气状态方程能量守恒由因为自由膨胀所以系统对外不作功即得目前四十七页\总数一百一十二页\编于五点自由膨胀能量守恒思考：初态和末态温度相同理气目前四十八页\总数一百一十二页\编于五点19.一定质量的理想气体,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）气体内能的增加；（3）气体吸收的热量；(1atm=1.013×105Pa).目前四十九页\总数一百一十二页\编于五点目前五十页\总数一百一十二页\编于五点1.循环过程:系统经历一系列热力学过程后又回到初态2.能量特点

§6循环过程一、热机循环与制冷循环目前五十一页\总数一百一十二页\编于五点循环曲线所包围的面积为系统做的净功。循环曲线为闭合曲线。4.正循环与逆循环正循环循环曲线顺时针。系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功；循环面积为正值。正循环热机3.循环曲线的特点目前五十二页\总数一百一十二页\编于五点逆循环逆循环循环曲线逆时针。系统吸热，对外做正功；返回时，系统放热，对外做负功；循环面积为负值。制冷机目前五十三页\总数一百一十二页\编于五点二、热机效率1.什么是热机

把热能转换成机械能的装置称为热机，如蒸汽机、汽车发动机等。2.热机工作特点需要一定工作物质。需要两个热源。热机是正循环工作的。正循环目前五十四页\总数一百一十二页\编于五点3.工作示意图高温热源T1低温热源T2热机从高温热源吸取热量，一部分转变成功，另一部分放到低温热源。4.热机效率由能量守恒

如果从高温源吸取的热量转变成功越多，则热机效率就越大。目前五十五页\总数一百一十二页\编于五点热机效率通常用百分数来表示。说明:Q1是系统在一个循环中吸收的总热量,Q2是放出的总热量,

二者均为绝对值W是系统对外做的净功W=Q1-Q2目前五十六页\总数一百一十二页\编于五点三、致冷机

致冷机是逆循环工作的，是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中。使低温源温度降低。逆循环例如：电冰箱、空调都属于致冷机。目前五十七页\总数一百一十二页\编于五点高温热源T1低温热源T21.工作示意图致冷机是通过外界作功将低温源的热量传递到高温源中，使低温热源温度降低。2.致冷系数如果外界做一定的功，从低温源吸取的热量越多，致冷效率越大。室外室内目前五十八页\总数一百一十二页\编于五点由能量守恒电冰箱的工作物质为氟里昂12(CCL2F2)，氟里昂对大气的臭氧层有破坏的作用，2005年我国将停止使用氟里昂作致冷剂。以保护臭氧层。溴化锂致冷和半导体致冷已进入市场。目前五十九页\总数一百一十二页\编于五点例1：一热机以1mol双原子分子气体为工作物质，循环曲线如图所示，其中AB为等温过程，TA=1300K，TC=300K。求①.各过程的内能增量、功、和热量；②.热机效率。

解:①A-B为等温膨胀过程目前六十页\总数一百一十二页\编于五点B-C为等压压缩过程吸热目前六十一页\总数一百一十二页\编于五点放热目前六十二页\总数一百一十二页\编于五点或由热力学第一定律C-A为等容升压过程放热目前六十三页\总数一百一十二页\编于五点②.热机效率一个循环中的内能增量为：经过一个循环内能不变。吸热目前六十四页\总数一百一十二页\编于五点目前六十五页\总数一百一十二页\编于五点1.卡诺循环是由两条等温线和两条绝热线组成的循环。2.需要两个热源，高温源T1和低温源T2。3.不计摩擦、热损失及漏气，视为理想热机。4.热机效率为五、卡诺循环目前六十六页\总数一百一十二页\编于五点1-2等温膨胀过程吸热3-4等温收缩过程放热目前六十七页\总数一百一十二页\编于五点2-3与4-1为绝热过程目前六十八页\总数一百一十二页\编于五点2-3绝热膨胀过程4-1绝热收缩过程上两式相比即目前六十九页\总数一百一十二页\编于五点讨论1.卡诺机必须有两个热源。热机效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。2.热机效率不能大于1或等于1，只能小于1。目前七十页\总数一百一十二页\编于五点如果为1则现在的技术还不能达到绝对0K；或这是不能实现的，因此热机效率只能小于1。如果大于1，W>Q吸

则违反了能量守恒定律。目前七十一页\总数一百一十二页\编于五点3.提高热机效率的方法。使越小越好，但低温热源的温度为外界大气的温度不宜人为地改变，只能提高高温热源温度。要求记住卡诺循环的三个特点1.2.绝热曲线下的面积相等3.卡诺热机效率在所有可能热机中效率最大目前七十二页\总数一百一十二页\编于五点高温热源T1低温热源T2目前七十三页\总数一百一十二页\编于五点高温热源T1低温热源T2室内制冷系数:目前七十四页\总数一百一十二页\编于五点本章小结习题课目前七十五页\总数一百一十二页\编于五点目前七十六页\总数一百一十二页\编于五点目前七十七页\总数一百一十二页\编于五点1.热机效率2.致冷系数3.卡诺机效率目前七十八页\总数一百一十二页\编于五点例1：两个循环过程，过程2

1—2等温、2—3’等容、3’—4等压、4—1绝热。过程1

1—2等温、2—3绝热、3—4等压、4—1绝热。试比较哪个过程热机效率高。目前七十九页\总数一百一十二页\编于五点两个过程吸热是一样的，但循环面积不同，循环过程作功不同，解答：目前八十页\总数一百一十二页\编于五点例2：质量M=28

g,温度t=27°C，P=1atm

的氮气，先使其等压膨胀到原来体积的2倍，再由体积不变的情况下，使压强增大1倍，最后作等温膨胀使压强降为1atm。①.1、2、3、4态的状态参量P、V、T。②.各过程中的内能增量、功、热量。求:目前八十一页\总数一百一十二页\编于五点解：①M=28

g注明:P的单位为atm,应该为国际单位目前八十二页\总数一百一十二页\编于五点1-2等压膨胀过程或目前八十三页\总数一百一十二页\编于五点2-3等容升压过程目前八十四页\总数一百一十二页\编于五点3-4等温膨胀过程目前八十五页\总数一百一十二页\编于五点例3：一定量的单原子分子理想气体，从初态A出发，沿图示直线过程变到另一状态B，又经过等容、等压两过程回到状态A。求:（1）.A—B，B—C，C—A各过程中系统对外所作的功W，内能增量及所吸收的热量Q。目前八十六页\总数一百一十二页\编于五点（2）.整个循环过程中系统对外所作的总功以及总热量。解：(1)A—B过程（3）.热机效率。目前八十七页\总数一百一十二页\编于五点B—C过程目前八十八页\总数一百一十二页\编于五点C—A过程目前八十九页\总数一百一十二页\编于五点（3）热机效率总功总热量（2）目前九十页\总数一百一十二页\编于五点1.汽缸内贮有36g水蒸汽(视为理想气体),经abcda循环过程如图所示.其中a-b、c-d为等容过程,b-c等温过程,d-a等压过程.试求:(1)Wda=?(2)DEab=?(3)循环过程水蒸气作的净功W=?(4)循环效率h=?(注:循环效率h=W/Q1,W为循环过程水蒸汽对外作的净功,Q1

为循环过程水蒸气吸收的热量,1atm=1.013105Pa)

目前九十一页\总数一百一十二页\编于五点解:水的质量水的摩尔质量目前九十二页\总数一百一十二页\编于五点目前九十三页\总数一百一十二页\编于五点3.如图所示，abcda为1mol单原子分子理想气体的循环过程，求：(1)气体循环一次，在吸热过程中从外界共吸收的热量；(2)气体循环一次做的净功；(3)证明TaTc=TbTd。目前九十四页\总数一百一十二页\编于五点所吸热为解：（１）过程ab和bc为吸热过程。目前九十五页\总数一百一十二页\编于五点(2)气体循环一次做的净功为图中矩形面积目前九十六页\总数一百一十二页\编于五点(3)证明TaTc=TbTd目前九十七页\总数一百一十二页\编于五点4.如图示，有一定量的理想气体，从初状态a（P1,V1）开始，经过一个等容过程达到压强为P1/4的b态，再经过一个等压过程达到状态c,最后经等温过程而完成一个循环，求该循环过程中系统对外作的功W和净吸热量Q。目前九十八页\总数一百一十二页\编于五点解：设状态C的体积为V2，则由a、c两状态的温度相同，故有，又：循环过程而在ab等容过程中功在bc等压过程中功目前九十九页\总数一百一十二页\编于五点在ca的过程在整个循环过程系统对外作的功和吸收的热量为负号说明外界对系统作功、系统对外放热。目前一百页\总数一百一十二页\编于五点6.0.02kg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。目前一百零一页\总数一百一十二页\编于五点目前一百零二页\总数一百一十二页\编于五点7.一定量的刚性双原子分子气体,开始时处于压强为P0=1.0×105