材料热力学 课件 3-第二章 热力学第一定律-1

任课教师：王锦程Office：友谊校区创新大厦B-1318Telmail：jchwang@

内能、热与功：状态量与过程量上节回顾理想气体状态方程

理想气体微观近似分子间无相互作用力分子本身不占有体积范德华气体状态方程修正思路压缩因子Z

热力学第零定律：热平衡定律热力学温标：华氏、摄氏、开氏热力学第一定律:

2/36关于热力学温标的下列说法中不正确的是热力学温度的每一度的大小与摄氏温度的相同 热力学温度的零度记为0K，它等于-273.15℃ 一定质量的气体，当它的温度降低至绝对零度时，气体的压强也应为零C叙述的内容是理论上的推导，实际是达不到的ABCD提交3/33单选题1分关于热和功，下面的说法中不正确的是功和热只出现于系统状态变化的过程中，仅存在于系统和环境间的界面上只有在封闭系统发生的过程中，功和热才有明确的意义功和热不是系统的能量，而是能量传递的两种形式，可称之为被交换的能量在封闭系统中发生的过程，若内能不变，则功和热对系统的影响必互相抵消ABCD提交4/33单选题1分下面的说法符合热力学第一定律的是在一完全绝热且边界为刚性的密闭容器中发生化学反应时，其内能一定变化A在无功过程中，

内能变化等于过程热，

这表明内能增量不一定与热力学过程无关B封闭系统在指定的两个平衡态之间经历绝热变化时，

系统所做的功与途径无关C气体在绝热膨胀或绝热压缩过程中，

其内能的变化值与过程完成的方式无关D提交5/33单选题1分2.1热平衡定律与热力学温标

2.2热力学第一定律

2.3功的计算

2.4热的计算

2.5第一定律在理想气体中的应用

2.6第一定律在实际气体中的应用

2.8第一定律在相变过程中的应用第二章热力学第一定律6/36常见的功机械功

体积功（膨胀功）电功

表面功

※热力学中一般不考虑非体积功非体积功在广义力(如压强、电动势等)作用下产生了广义位移(如体积变化和电量迁移)功的常见形式功的定义

外在作用内在变化7/36

体积功的计算

8/36

几种不同过程功的计算：气体自由膨胀（气体向真空膨胀）：恒外压过程：

恒压过程：

恒容过程：

液体恒压蒸发过程：

液体向真空蒸发过程：

体积功计算公式体积功的计算等压过程？

9/36不同类型的功广义力广义位移功的微分形式机械功体积功弹性功重力功表面功电磁功电荷转移电场极化磁场极化磁矩m其它形式功的计算10/36对于功，下面的说法中不正确的是在系统对环境做功或环境对系统做功时，

环境中一定会留下某种痕迹A功的量值与系统的始末态有关B无论做什么功都伴随着系统中某种物质微粒的定向运动C广义功=广义力×广义位移。系统做功时，“广义力”是指环境施予系统的力；环境做功时，“广义力”是指系统施予环境的力D提交11/36单选题1分

1.自由膨胀（freeexpansion）

2.一次等外压膨胀（pe保持不变）

系统所作功的绝对值如阴影面积所示。

阴影面积代表不同过程下的体积功等外膨胀12/36外压差距越小，膨胀次数越多，做的功也越多。

所作的功等于2次作功的加和。

(1)克服外压为，体积从膨胀到；

(2)克服外压为，体积从膨胀到。3.两次等外压膨胀所作的功不同过程下的体积功13/36

外压相当于一杯水，水不断蒸发，这样的膨胀过程是无限缓慢的，每一步都接近于平衡态。所作的功为：

※这种过程近似地可看作可逆过程，系统所作的功最大。对理想气体准静态过程不同过程下的体积功4.多次等外压膨胀所作的功（外压比内压小一个无穷小的值）水

始态终态14/361.一次等外压压缩

不同过程下的体积功等外压缩15/36

第二步：用的压力将系统从压缩到整个过程所作的功为两步的加和。

第一步：用的压力将系统从压缩到2.两次等外压压缩不同过程下的体积功16/36

如果将蒸发掉的水气慢慢在杯中凝聚，使压力缓慢增加，恢复到原状，所作的功为：

不同过程下的体积功3.多次等外压压缩

终态水始态17/36

可逆膨胀，系统对环境作最大功；可逆压缩，环境对系统作最小功可逆膨胀(压缩）两次次膨胀(压缩）一次膨胀(压缩）膨胀压缩不同过程下的体积功系统和环境都能恢复到原状

对理想气体18/36系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化，则该过程称为热力学可逆过程热力学可逆过程：

21可逆过程如果一个系统在其变化过程中所经历的每一中间状态都无限接近于热力学平衡态，这个过程称为准平衡过程或准静态过程气体活塞砂子准静态膨胀过程若没有因摩擦等因素造成能量的耗散，可看作为可逆过程准静态过程：19/36“双复原”：逆向进行之后系统恢复到原状态，在环境中不留下影响。

∴可逆过程进行之后，在系统和环境中产生的后果能同时完全消失。可逆意味着平衡：

可逆过程特点20/36可逆过程几种典型的可逆过程可逆化学反应气体活塞砂子可逆膨胀(压缩)可逆传热可逆相变力学平衡热平衡相平衡化学平衡21/36关于可逆过程和不可逆过程的判断，其中正确的是可逆热力学过程一定是准静态过程准静态过程一定是可逆过程不可逆过程就是不能相反方向进行的过程凡有摩擦的过程，一定是不可逆过程。ABCD提交22/36多选题1分2.1热平衡定律与热力学温标

2.2热力学第一定律

2.3功的计算

2.4热的计算

2.5第一定律在理想气体中的应用

2.6第一定律在实际气体中的应用

2.8第一定律在相变过程中的应用第二章热力学第一定律23/36等容热效应

等容过程

无非体积功等容且不做非体积功的条件下，等容热效应等于系统的内能变24/36

等压过程

无非体积功

等压热效应

25/36定义:

等压且不做非体积功的条件下，等压热效应等于系统的焓变焓是状态函数定义式中焓由状态函数组成焓不是能量 虽然具有能量的单位，但不遵守能量守恒定律

焓26/36涉及焓的下列说法中正确的是单质的焓值均等于零A在等温过程中焓变为零B在等温可逆过程中焓变为零C焓变不一定大于内能变化D提交27/36多选题1分某系统在非等压过程中加热，吸热Q，使温度从T1升至T2，则此过程的焓增量ΔH为：ΔH＝QΔH＝0ΔH＝ΔU＋Δ(pV)ΔH等于别的值ABCD提交28/36单选题1分对不发生相变和化学变化且不做非体积功的均相封闭系统，

热容：系统升高单位热力学温度时所吸收的热热容的大小与系统所含物质的量和升温条件有关：简单变温过程等压热容

等容热容

热容的定义热容29/36

摩尔热容

摩尔等压热容摩尔等容热容

热容是温度的函数。热容与温度的函数关系因物质、物态和温度区间的不同而有不同的形式。

热容30/362.1热平衡定律与热力学温标

2.2热力学第一定律

2.3功的计算

2.4热的计算

2.5第一定律在理想气体中的应用

2.6第一定律在实际气体中的应用

2.8第一定律在相变过程中的应用第二章热力学第一定律31/36将两个容量相等的容器，放在水浴中，左球充满气体，右球为真空（上图）；打开活塞，气体由左球冲入右球，达平衡（下图）Gay-Lussac在1807年、Joule在1843年分别做了如下实验：气体和水浴温度均未变

系统没有对外做功

根据热力学第一定律，该过程的

Gay-Lussac-Joule实验理想气体的内能和焓盖•吕萨克—焦耳实验气体达到平衡低压气体真空32/36理想气体的内能和焓1.理想气体在自由膨胀中温度不变，内能不变2.理想气体的内能和焓仅是温度的函数从Gay-Lussac-Joule实验得到：

理想气体在等温时，改变体积，其内能不变33/36理想气体的内能和焓理想气体的内能仅是温度的函数，与体积和压力无关

Joule定律

34/36理想气体的焓理想气体的内能和焓根据焓的定义式

理想气体的焓也仅是温度的函数，与体积和压力无关

对于理想气体，在等温下有

35/36理想气体的

U和H的计算理想气体的内能和焓从Joule实验得

同理

所以

对理想气体，在不做非体积功的条件下

36/36等容过程中，升高温度，系统所吸的热全部用来增加内能等压过程中，所吸的热除增加内能外，还要多吸一点热量用来对外做体积功通常温度下