热力学第一定律课件

作机械功改变系统状态的焦耳实验AV作电功改变系统状态的实验作机械功改变系统AV作电功改变系统18.1

功热量热力学第一定律8.1.1回顾机械能守恒定律（4.24式）：Aext+Aint,

n-cons=EB-EA

(1)对于保守系统，Aint,

n-cons=0

(2)Aext=ΔE

(3)即:外力对保守系统做功等于系统机械能的增量8.1功热量热力学第一定律8.1.1回顾机械能守恒定28.1.2功、热量单一组分的热力学系统也是保守系统可将宏观机械能守恒定律应用于热力学系统热力学系统的内能：分子无规则运动动能和分子间势能的总和，是状态量：

E=ivRT/2=iNkT/2(4)——对应于机械能E8.1.2功、热量31功（过程量）改变内能的方式一：宏观功A’：系统的边界发生宏观位移——改变气体的内能。外界分子（活塞）有规则运动动能和系统内分子（气体）的无规则运动能量的传递和转化。发生条件：有宏观位移Pdl1功（过程量）发生条件：有宏观位移Pdl42热量（过程量）改变内能的方式二外界对（热力学）系统做功（微观功Q）热传递：由于外界和系统温度不同，通过分子碰撞做微观功而进行的内能传递过程传递的能量即热量Q（焦耳J）特点：无宏观位移发生条件：外界和系统温度不同2热量（过程量）53热力学第一定律做功和热传递对内能的改变效果没有区别！代入机械能守恒定律(3)式Aext=ΔE(内能)得Aext=A’+Q=ΔE(4)即：外界对系统做的功和传给系统的热量之和等于系统的内能增量——热力学第一定律由于系统对外界做的功A=-A’,则(4)式也可表述为：

Q=ΔE+A(5)3热力学第一定律6宏观运动能量分子热运动能量功分子热运动能量分子热运动能量热量+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定宏观运动能量分子热运动能量功分子热运动能量分子热运动能量热量78.2

准静态过程1定义：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.2条件：从一个平衡态到另一个平衡态所需的驰豫时间远小于能被观测到的时间。8.2准静态过程1定义：从一个平衡态到另一平衡态所经过的8例如：气缸内处于平衡态的气体受到压缩后再次达到平衡态的时间，即驰豫时间。大约为0.001s，但实验的压缩时间为1s。内燃机的压缩时间0.01s。均可视这一过程为准静态过程3准静态过程的表示方法：p-V图（p-T图、V-T图）12a曲线上的每一个点都是一个准静态过程b

非平衡态不能用一定的状态参量描述，即不能表示为状态图中的一条线!例如：气缸内处于平衡态的气体受到压缩后再次达到平衡态的时间，9热力学第一定律ppt课件104准静态过程在无摩擦时，做功的大小（与系统体积有关的机械功）当气体推动活塞向外缓慢移动一段微小位移dl时，气体对外做的微量功为：SPdA=pSdl(6)Sdl=dV(7)dldA=pdV(8)（8）式虽然由特例导出但是适用于体积功的一般计算结论：dV>0时：dA>0系统对外膨胀，系统对外做功。反之亦然4准静态过程在无摩擦时，做功的大小（与系统体积有关的机械功11A(+)当系统经历一个有限的准静态过程，体积由V1变化到V2时，系统对外界做的总功为：(9)pVV1V2Op1p212pVV1V2Op1p212dAA(+)A(+)当系统经历一个有限的准静态过程，体积由V1变化到V212VPAB**o答：（B）

例

一定量的理想气体，由平衡态AB，在这一过程中，系统必然：

A）对外作正功；B）内能增加；C）从外界吸热；D）向外界放热。功和热量都是过程量,始末状态确定后，不同过程，功和热量是不同的;而内能是状态量只决定于始末状态,与过程无关.VPAB**o答：（B）例一定量的理13等温过程由热力学第一定律恒温热源T12特征常量过程方程常量等温过程由热力学第一定律恒温热源T12特征14热力学第一定律ppt课件1512等温膨胀A12A等温压缩

A

A等温膨胀，从外界吸热，等温压缩，气体对外界放热12等温膨胀A12A等温压缩AA等温膨胀，从外界吸热，等16例题8.1气体等温过程：vmol的理想气体在保持温度T不变的情况下，体积从V1经过准静态过程变化到V2。求这一等温过程中气体对外做的功和它从外界吸收的热。解：pV=vRT代入(9)式：例题8.1气体等温过程：vmol的理想气体在保持温度T不变的178.3热容定义：1mol物质，温度升高dT时，吸收热量为dQ，则摩尔热容：

Cm=dQ/dT热量是过程量，所以同种物质摩尔热容与过程有关ν摩尔气体在压强不变时，热力学第一定律为：(dQ)p=dE+dA=dE+pdV１气体的摩尔定压热容为：8.3热容１气体的摩尔定压热容为：1812Ａ等压膨胀12Ａ等压压缩

Ａ

Ａ12Ａ等压膨胀12Ａ等压压缩ＡＡ19体积不变时：理想气体内能：２摩尔定体热容：热力学第一定律为：体积不变时：理想气体内能：２摩尔定体热容：热力学第一定律为：20

等体升压

12

等体降压

12等体升压12等体降压1221迈耶公式：比热比：摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系：单原子气体分子：双原子气体分子：多原子气体分子：迈耶公式：比热比：摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系：单原子气22例题8.3

等体和等压过程。20mol氧气由状态1到状态2经历如图所示过程，求这一过程的Ａ，Ｑ及内能的变化量。解：１→ａ：体积不变结果为正：说明从外界吸热内能的变化量：例题8.3等体和等压过程。20mol氧气由状态1结果为正23ａ→２：压强不变结果为负：气体向外界放热结果为负：外界对气体做功ａ→２：压强不变结果为负：气体向外界放热结果为负：外界对气体24结果为负：气体内能减少整个过程：结果为负：气体内能减少整个过程：25例题８.４特殊过程气体对外做功：由于不是等压或等体积过程，所以无法先算出这一过程吸收或放出的热量，可以先算出内能的改变量：例题８.４特殊过程气体对外做功：由于不是等压或等体积过程，26128.4准静态绝热过程与外界无热量交换的过程特征由热力学第一定律绝热的汽缸壁和活塞128.4准静态绝热过程与外界无热量交换的过程特征由热力27绝热过程方程的推导12，绝热过程方程的推导12，28绝热

方程常量常量常量泊松公式利用理想气体状态方程还可得到：绝热方程常量常量常量泊松公式利用理想气体状态方程还可得2912A绝热膨胀12A绝热压缩

A

A12A绝热膨胀12A绝热压缩AA30三绝热线和等温线绝热过程曲线的斜率常量ABC常量三绝热线和等温线绝热过程曲线的斜率常量ABC常量31

绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温过程曲线的斜率常量ABC常量绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温过程曲线的斜率常量ABC32例题８.５一定质量的理想气体由ｐ１，Ｖ１，经过准静态绝热过程，体积膨胀到Ｖ２，求这一过程气体对外做功，气体比热比为γ法一：解：由泊松公式有：例题８.５一定质量的理想气体由ｐ１，Ｖ１，经过准静态绝热过33法二：由绝热条件（绝热时的热力学第一定律）：法二：由绝热条件（绝热时的热力学第一定律）：34２绝热自由膨胀非准静态过程由热力学第一定律注意：虽然初末状态温度不变，但由于膨胀时是非准静态过程，因此，不能用一个温度来描述。不是等温过程！２绝热自由膨胀由热力学第一定律注意：虽然初末状态温度不35计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础（1）（理想气体的共性）（2）解决过程中能量转换的问题（3）（理想气体的状态函数）

（4）各等值过程的特性.计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础（1）（理想气体的共36补充例１一定量的理想气体从体积膨胀到体积分别经过如下的过程，其中吸热最多的过程是什么过程？（A-B等压过程；A-C等温过程；A-D绝热过程）解ABCD补充例１一定量的理想气体从体积膨胀到体积分别37PVACBD等温绝热例２：一定量理想气体的循环过程如P－V图所示，请填写表格中的空格.50500-100150015025%PVACBD等温绝热例２：一定量理想气体的循环过程如38VPAB**O12绝热讨论理想气体下图过程中，各过程Q的正负。A—BA—2—BA—1—BVPAB**O12绝热讨论理想气体下图过程中，各过程Q的正负39例３设有5mol的氢气，最初的压强为温度为，求在下列过程中，把氢气压缩为原体积的1/10需作的功:1）等温过程，2）绝热过程.3）经这两过程后，气体的压强各为多少？解1）等温过程2）氢气为双原子气体12常量例３设有5mol的氢气，最初的压强为403）对等温过程对绝热过程,有12常量3）对等温过程对绝热过程,有12常量41

例４氮气液化把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标准大气压、温度为300K;经急速膨胀后,其压强降至1个标准大气压,从而使氮气液化.试问此时氮的温度为多少?

解液化过程为绝热过程.例４氮气液化把氮气放在一个绝热的汽缸中.开始时42例５：一定量氢气在压强4.00×103Pa不变的情况下，温度由00C升高到50.00C时，吸收了6*104J的热量，求：（1）氢气的量是多少摩尔；（2）氢气内能变化多少；（3）氢气对外做了多少功；（4）如果这氢气的体积保持不变而温度发生同样变化它该吸收多少热量。解：１）根据题意，在等压过程中，有例５：一定量氢气在压强4.00×103Pa不变的情况下，温度43２）３）４）２）３）４）44热机发展简介

1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸气机，当时蒸气机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.热机发展简介45一热机热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质叫做工作物质系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程

8.5循环过程一热机8.5循环过程46热机:持续地将热量转变为功的机器.热机:持续地将热量转变为功的机器.47由热力学第一定律特征AB如果一个系统所经历的循环过程的各个阶段都是准静态过程，则可由状态图上的闭合曲线表示整个过程系统对外做净功:等于图中阴影面积循环过程为顺时针时,A>0,系统对外做正功-正循环（热循环）循环过程为逆时针时,A<0,系统对外做负功-逆循环（致冷循环）由热力学第一定律特征AB如果一个系统所经历的48热机热机效率高温热源低温热源二热机效率AB热机热机效率高温热源低温热源二热机效率AB49例1汽油机可近似看成如图循环过程(空气标准奥托循环)，其中AB和CD为绝热过程，求此循环效率.解吸放CDBApV1V2o例1汽油机可近似看成如图循环过程(空气50又AB和CD是绝热过程：所以V吸放CDBApV1V2o又AB和CD是绝热过程：所以V吸放CDBApV1V2o51各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸气机各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸气机52三卡诺循环

1824年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环——卡诺循环.给出了热机效率的理论极限值；他还提出了著名的卡诺定理.三卡诺循环53

卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成.卡诺热机AABCD低温热源T2高温热源T121TT>卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝54理想气体卡诺循环热机效率的计算

A—B等温膨胀

B—C绝热膨胀

C—D等温压缩

D—A绝热压缩卡诺循环AABCD理想气体卡诺循环热机效率的计算A—B等温膨胀卡55A—B等温膨胀吸热C—D

等温压缩放热AABCDA—B等温膨胀吸热C—D等温压缩放热AABCD56

D—A绝热过程B—C

绝热过程

所以AABCDD—A绝热过程B—C绝热过程所以AABCD57卡诺热机效率

卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.

卡诺热机效率卡诺热机效率与工作物质无关，只与58卡诺热机效率的意义由热机效率：及：卡诺热机效率：得：开尔文：取水的三相点为计量温度起点，规定为273.16K定义了热力学温标卡诺热机效率的59图中两卡诺循环吗？讨论图中两卡诺循环吗？讨60致冷机致冷系数致冷机高温热源AB低温热源致冷机致冷系数致冷机高温热源AB低温热源61冰箱循环示意图冰箱循环示意图62WABCD高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数低温热源T2WABCD高温热源T1卡诺致冷机卡诺致冷机（卡诺逆循环63例1一电冰箱放在室温为的房间里，冰箱储藏柜中的温度维持在.现每天有的热量自房间传入冰箱内,若要维持冰箱内温度不变,外界每天需作多少功,其功率为多少？设在至之间运转的冰箱的致冷系数是卡诺致冷机致冷系数的55%.解例1