3.2热力学第一定律 (上课)
- 格式：ppt
- 大小：2.76 MB
- 文档页数：23
下载文档原格式
合集下载
基础化学教学课件：3.2 恒容热、恒压热、焓
等容过程
部分化学反应没有气体产生，多是溶 液反应，反应前后体积不发生变化。
等容反应热效应：
QV = ∆rU
等压反应热效应：
Qp = ∆r H
反应热的测定
等压热效应：
Qp = ∆r H
不可
等容热效应： 可测
直接
测量
QV = ∆rU
测得QV 或 Qp ，就能获得相 应条件下的∆rU 和∆r H。
反应热的测定
化学反应热
吸热反应：分解反应、某些氧化还原反应碱 与铵盐反应等。 热量往往影响甚至决定这些反应发生的可能 性、限度和速度。
化学反应热
系统 （封闭系统）
仅有能量交换
化学反应热
等压过程
化学反应不做电功、磁功、机械功等 非体积功，且反应时都是在试管、烧 杯等敞口反应器皿中进行，反应的压 力与大气压相等。
恒容热、恒压热、焓
热力学第一定律是能量守恒与转化定律在 热力学系统中的应用。
热力学第一定律在封闭系统中的数学表达式：
∆U = Q + W
热力学第一定律在封闭系统中的数学表达式：
∆U = Q + W
Q = ∆U – W
引言
热效应表达式：
Q = ∆U – W
等容热（Qv）
系统经过等容且非体积功为零的过程时，与环境交换的热。
QV 的测定
通过弹式量热计直接测量。
Qp 的测定
通过QV 的数值计算得到。
QV 与Qp 的关系
∆r H = ∆rU + ∆(PV )
Qp = QV + ∆(PV )
1.没有气体参与的反应
∆V = 0，则 Qp ≈ QV 。
2.有气体参与的反应
物理化学 第二章 热力学第一定律.ppt
第二章 热力学第一定律 （The first law of
thermodynamics）
◆“化学热力学”概念 一、热力学研究的内容
1、 化学反应的能量转化规律（热一律）； 2、 化学反应的可能性和限度（热二律）； 二、特点
1、 研究物质的宏观性质； 2、 只考虑变化的始终态； 3、 解决最大产率，没有时间的概念； 三、局限性
系统分三类： 1）封闭系统； 2）敞开系统； 3）隔离系统；
2、系统的宏观性质：
广延性质：数量与物质的量有关，具有加和性。
如：m、V、U、H等。
强度性质：数量与物质的量无关，不具有加和
性。如：T、P、d等。
3、状态、状态性质和状态函数
状态：系统中物理、化学性质的综合表现。当
这些性质具有确定的值时，系统就处于某一状态 。
3.3 过程热的计算 恒容变温过程的热：
δQ v=n CV，M dT
恒压变温过程的热：
δQ P=n CP，M dT
组成不变的均相系统等压（等容）变
T2
T1
T2
温过程热的计算
T1
Qp
H
n
T2 T1
C
p,m
dT
QV
U
n
T2 T1
CV
,mdT
例题：试计算常压下1molCO2温度从25℃升到200℃时 所需吸收的热。
∴ ΔV≈Vg
既 W= - P饱Vg= -nRT
三、化学过程的体积功 T、P一定时，
可逆反应 aA + bB € gG + hH
气相化学反应 W=-P外∫dV =- PΔV = -Δn（g）RT
复相化学反应 W= -Δn（g）RT （固体、液体的体积
thermodynamics）
◆“化学热力学”概念 一、热力学研究的内容
1、 化学反应的能量转化规律（热一律）； 2、 化学反应的可能性和限度（热二律）； 二、特点
1、 研究物质的宏观性质； 2、 只考虑变化的始终态； 3、 解决最大产率，没有时间的概念； 三、局限性
系统分三类： 1）封闭系统； 2）敞开系统； 3）隔离系统；
2、系统的宏观性质：
广延性质：数量与物质的量有关，具有加和性。
如：m、V、U、H等。
强度性质：数量与物质的量无关，不具有加和
性。如：T、P、d等。
3、状态、状态性质和状态函数
状态：系统中物理、化学性质的综合表现。当
这些性质具有确定的值时，系统就处于某一状态 。
3.3 过程热的计算 恒容变温过程的热：
δQ v=n CV，M dT
恒压变温过程的热：
δQ P=n CP，M dT
组成不变的均相系统等压（等容）变
T2
T1
T2
温过程热的计算
T1
Qp
H
n
T2 T1
C
p,m
dT
QV
U
n
T2 T1
CV
,mdT
例题：试计算常压下1molCO2温度从25℃升到200℃时 所需吸收的热。
∴ ΔV≈Vg
既 W= - P饱Vg= -nRT
三、化学过程的体积功 T、P一定时，
可逆反应 aA + bB € gG + hH
气相化学反应 W=-P外∫dV =- PΔV = -Δn（g）RT
复相化学反应 W= -Δn（g）RT （固体、液体的体积
人教版高中物理选修三3.2热力学第一定律 课件
瀑布上、下水潭的水温因瀑布的机械能转化成内能而相差多
少？水的比热容c为4.2 × 103J/（ · ℃）。
0.14
℃
课堂练习
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1h内体温由37.0℃降低到
33.5℃。请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一
个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能
）
A．减小20J
B．增大20J
C．减小220J
D．增大220J
课堂练习
1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽
缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？
1110
J
课堂练习
2．如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大
气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温
即外界对气体做功
新知讲解
二、热力学第一定律的应用
运用热力学第一定律解决问题
1.根据符号法则写出各已知量
（、、Δ）的正、负。
2.根据方程Δ＝＋求出未知量。
3.再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况
或做功情况。
典例探究
例题2：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了
B
120J的热量，它的内能的变化可能（
热力学第一定
律
温故知新
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
（外界对物体
做功）
（物体对外界
做功）
（物体从外界
吸热）
（物体对外界
放热）
内能增加
内能减少
内能增加
内能减少
∆ =
∆ =
温故知新
少？水的比热容c为4.2 × 103J/（ · ℃）。
0.14
℃
课堂练习
4．奶牛的心脏停止跳动后，大约在1h内体温由37.0℃降低到
33.5℃。请你由此估算，在这种环境下饲养奶牛，要维持一
个体重400kg奶牛的内能不变，每天喂养奶牛的食物至少要能
）
A．减小20J
B．增大20J
C．减小220J
D．增大220J
课堂练习
1．用活塞压缩汽缸里的空气，对空气做了900J的功，同时汽
缸向外散热210J，汽缸里空气的内能改变了多少？
1110
J
课堂练习
2．如图，在汽缸内活塞左边封闭着一定量的空气，压强与大
气压相同。把汽缸和活塞固定，使汽缸内空气升高一定的温
即外界对气体做功
新知讲解
二、热力学第一定律的应用
运用热力学第一定律解决问题
1.根据符号法则写出各已知量
（、、Δ）的正、负。
2.根据方程Δ＝＋求出未知量。
3.再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况
或做功情况。
典例探究
例题2：一定量的气体膨胀对外做功100J，同时从外界吸收了
B
120J的热量，它的内能的变化可能（
热力学第一定
律
温故知新
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
对外
吸热
放热
（外界对物体
做功）
（物体对外界
做功）
（物体从外界
吸热）
（物体对外界
放热）
内能增加
内能减少
内能增加
内能减少
∆ =
∆ =
温故知新
第3章热力学第一定律
外界
系统 dQ
= E(T,V )
----气体内能是系统状态的单值函数 ----气体内能是系统状态的单值函数 对理想气体 EP=0
----温度的单值函数 温度的单值函数
i E = Ek (T) =ν RT 2
二.热功等效性
搅拌器
绝 热 壁
Q T 恒温热源
作功和热量传递具有相同的效果，它 作功和热量传递具有相同的效果， 们都是能量变化的量度 1卡= 4.186 J 卡
2 O
1 V
解 1-3 等温 T1 = T3
E3 −E1 = 0
V2 V2 Q T = A 1 − 3 = ν RT ln = p 1V 1 ln V1 V1 20×10−6 = −16.3(J ) =1.013×105 ×100×10−6 ln −6 100×10
2-3 等体 V3 = V2 吸热
V1
例 系统从A→B→A经历一个循环,且 系统从A→B→A经历一个循环 经历一个循环, EB>EA .(1)试确定A→B,以及B→A的功 .(1)试确定 试确定A→B,以及B→A的功 A的符号及含义;(2)Q的符号如何确定 的符号及含义;(2)Q (3)循环总功和热量的正负 (3)循环总功和热量的正负
解：内能是状态的函数， 内能是状态的函数， 与过程无关
p (1.013×10 Pa)
∴∆E = Ed − Ea
i = v R(Td −Ta ) 2
3
a b c d
1 2
V (10 m )
−3
2 1
i = ( pdVd − paVa ) = 0 2
3
3
QAp = pa (Vb −Va )
= 3×1.013×10 ×1×10 = 304J Vc Vc AT = vRTb ln = pbVb ln = 246J Vb Vb
系统 dQ
= E(T,V )
----气体内能是系统状态的单值函数 ----气体内能是系统状态的单值函数 对理想气体 EP=0
----温度的单值函数 温度的单值函数
i E = Ek (T) =ν RT 2
二.热功等效性
搅拌器
绝 热 壁
Q T 恒温热源
作功和热量传递具有相同的效果，它 作功和热量传递具有相同的效果， 们都是能量变化的量度 1卡= 4.186 J 卡
2 O
1 V
解 1-3 等温 T1 = T3
E3 −E1 = 0
V2 V2 Q T = A 1 − 3 = ν RT ln = p 1V 1 ln V1 V1 20×10−6 = −16.3(J ) =1.013×105 ×100×10−6 ln −6 100×10
2-3 等体 V3 = V2 吸热
V1
例 系统从A→B→A经历一个循环,且 系统从A→B→A经历一个循环 经历一个循环, EB>EA .(1)试确定A→B,以及B→A的功 .(1)试确定 试确定A→B,以及B→A的功 A的符号及含义;(2)Q的符号如何确定 的符号及含义;(2)Q (3)循环总功和热量的正负 (3)循环总功和热量的正负
解：内能是状态的函数， 内能是状态的函数， 与过程无关
p (1.013×10 Pa)
∴∆E = Ed − Ea
i = v R(Td −Ta ) 2
3
a b c d
1 2
V (10 m )
−3
2 1
i = ( pdVd − paVa ) = 0 2
3
3
QAp = pa (Vb −Va )
= 3×1.013×10 ×1×10 = 304J Vc Vc AT = vRTb ln = pbVb ln = 246J Vb Vb
3.2 热力学第一定律
课时设计
问题。
3．掌握能量守恒定律，会用能量守恒的观点分析、解决有关问题。
教学准备多媒体课件
活动设计
教学内容教师活动学生活动评价任务
活动一：导入新课
引导学生回顾已学知识。
改变系统内能的两种方回顾改变系统
内能的两种方
式，从而自然
过渡到热力学
第一定律。
通过回顾旧知引
入新课，衔接自
然，学生容易把
握。
活动二：热力学第一定律教学热力学第一定律：
1.内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
2.表达式：
（1）做功：实质上是其它形式的能和内能之间转化；
（2）热传递：实质上是各物体间内能的转移；
（3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的。
（4）几种特殊情况（气体）
①等温过程：内能不变，ΔU＝0
②等容过程：体积不变，W＝0
③绝热过程：Q＝0
做功与否，通常需看气体的体积是否变化。
①若气体体积增大，表明气体对外界做功；问题一：热力学
第一定律中各
个物理量的符
号如何界定？
问题二：做功和
热传递的区
别？
思考公式为什
么有正负两种
情况，又该具
体如何界定。
理解做功和热
传递的区别，
并掌握气体等
温变化、等容
变化、绝热过
程的含义。
内能改变包含增
加和减少两种，因
此公式中同一物
理量包含正负，从
内能的增加和减
少去理解物理量
的正负才是从根
本上掌握热力学
第一定律
主板书设计教学反思。
第三章 热力学第一定律
目录 结束
解： M = pV = 1×0.082×105 = 1 Mmol RT 3 8.31×300
M QV = CV (T2 T1 ) Mmol
1 5 = 3 × 2× 8.31(400 300) = 692J
M Qp = Cp (T2 T1 ) Mmol
1 7 = × × 8.31(400 300) = 970J 3 2 Cp > CV 两过程内能变化相等，因等压过 程需对外作功，所以需要吸收更多的热量。
500 = 12K 5× 2× 8.31 2 0C T =T Δ + 12 T = 0
V M 2 (2) Q T = A T = R T 0 ln V Mmol 1 QT V2 500 ln V = = = 0.11 1 M 2 × 8.31 × 273 R T Mmol 0
目录 结束
QT V2 500 ln V = = = 0.11 1 M 2×8.31×273 R T Mmol 0 V2 = e 0.11 = 1.11 V1 V2 =V1×1.11 = 2×22.4×1.11 = 50(升)
γ 1
6 Pa p 1.0 × 10 = 0 (2)将
V0 = 0.001m3 V = 0.00316m3
p = 2.0×106 Pa
γ = 1.4 代入，得：
A = 920J
目录 结束
7-6 高压容器中含有未知气体，可能是 N2或Ar。在298K时取出试样，从5×10-3m3 绝热膨胀到6×10-3m3，温度降到277K。试 判断容器中是什么气体？
A = pΔ V =RΔ T = 8.31 × 50 = 416J Q =Δ E +A = 623 +416 = 1019J
3.2热力学第一定律 教案
3.2热力学第一定律〖教材分析〗通过对上两节课内容的归纳，即做功和热传递都可以改变物体的内能，并且二者是等效的。
在此基础上，提出当外界对物体既做功又热传递时，物体的内能如何改变?通过分析讨论，自然得出热力学第一定律。
通过课本例题的讲解，培养学生运动热力学第一定律分析和解决问题的能力。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶知道热力学第一定律及其符号法则，能从热力学学的视角正确描述和解释生活中的热现象，能灵活应用热力学第一定律解决实际问题。
科学思维∶理解热力学第一定律的公式，并能在新的生活情境中对问题进行分析和推理。
科学探究：通过热力学第一定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。
科学态度与责任∶从焦耳的实验到热力学第一定律，认识到我们应该具有实事求是的态度，认识到物理学是人类认识自然的方式之一。
〖教学重难点〗教学重点：热力学第一定律的公式及其符号法则。
教学难点：热力学第一定律和实际应用。
〖教学准备〗多媒体课件等。
〖教学过程〗一、新课引入汽缸内有一定质量的气体，压缩气体的同时给汽缸加热。
那么，气体内能的变化会比单一方式（做功或传热）更明显。
这是为什么呢?分析：压缩气体，内能增大，给气体加热内能也是增大。
两者叠加所以就更明显。
二、新课教学（一）热力学第一定律焦耳的实验归总结除了：做功与传热在改变系统内能方面是等价的。
之前学过做功和热传递都可以改变物体的内能，回顾一下公式。
在绝热过程中Q=0，系统内能增量等于外界对系统做的功ΔU=W，而当外界对系统做功为零W=0，那系统的内能增量等于吸热ΔU=Q。
这两种方式在改变物体内能的结果上是相同的。
思考：如果物体在跟外界同时发生做功和热传递的过程中，内能又如何变化呢？既然做功与传热对改变系统的内能是等价的，那么当外界既对系统做功又对系统传热时，内能的变化量就应该是ΔU=W+Q热力学第一定律：一个热力学系统的内能变化量等于外界向他传递的热量与外界对他所做的功的和。
热力学第一定律 能量守恒定律 课件 (共22张PPT)
规律方法——应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式．(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：①哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加．②哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加．
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
(3)应用①各种形式的能可以转化，但能量在转化过程中总伴有内能的损失．②各种互不相关的物理现象，可以用能量守恒定律联系在一起．
1．概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器．2．结果：17～18世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终．3．原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律．4．启示：人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律．
解析：(1)根据热力学第一定律表达式中的符号法则，知Q＝2.6×105 J，ΔU＝4.2×105 J．由ΔU＝W＋Q，则W＝ΔU－Q＝4.2×105 J－2.6×105 J＝1.6×105 J．W＞0，说明是外界对气体做了功．(2)Q＝3.5×105 J，W＝－2.3×105 J，则ΔU＝Q＋W＝1.2×105 J，ΔU为正值，说明气体的内能增加1.2×105 J．答案：(1)外界对气体做功 1.6×105 J (2)增加了1.2×105 J
知识点二 能量守恒定律
(3)亥姆霍兹的贡献从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性．4.能量守恒定律(1)内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而能量的总值保持不变．(2)意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据．
3.2 热力学第一定律3.3 能量守恒定律
热力学第一定律及重要公式
为已知）。
解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及
热源。
• （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服 大气压力P0作功。
• 设活塞移动距离为x，由力平衡求出：
• 初态：弹簧力F=0，P1=P0
• 终态：P 2fK xP 0f
xP 2P 0fP 2P 1f
K
K
• 对弹簧作功：W' xFdxxKxd 1xK2x
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
qw
结论: 第一类永动机不可能制造出来
对于流体流过管道， ws 0
vdp1dc2 gdz0 2
压力能 动能 位能
dp 1 dc2 dz0
g 2g
机械能守恒 柏努利方程
• 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。 于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温 度的目的,你认为这种想法可行吗?
理想气体内能变化计算
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv fT 代入 u cvdT 1
用 平 均 比
热计算 :
t2
t2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0
解：取气缸中气体为系统。外界包括大气、弹簧及
热源。
• （1）系统对外作功量W：包括对弹簧作功及克服 大气压力P0作功。
• 设活塞移动距离为x，由力平衡求出：
• 初态：弹簧力F=0，P1=P0
• 终态：P 2fK xP 0f
xP 2P 0fP 2P 1f
K
K
• 对弹簧作功：W' xFdxxKxd 1xK2x
准静态和可逆闭口系能量方程
简单可压缩系准静态过程 w = pdv q = du + pdv 热一律解析式之一
q = u + pdv 简单可压缩系可逆过程
q = Tds Tds = du + pdv 热力学恒等式 Tds = u + pdv
（二）、循环过程第一定律表达式
qw
结论: 第一类永动机不可能制造出来
对于流体流过管道， ws 0
vdp1dc2 gdz0 2
压力能 动能 位能
dp 1 dc2 dz0
g 2g
机械能守恒 柏努利方程
• 例1．门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行, 若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。 于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温 度的目的,你认为这种想法可行吗?
理想气体内能变化计算
qv dvucvdT
2
u cv dT
1
适用于理想气体一切过程或者实际气体定容过程
用真实比
2
热计算: 经验公式 cv fT 代入 u cvdT 1
用 平 均 比
热计算 :
t2
t2
t1
ucvdtcvdtcvdtcvm t02t2cvm t0 1t1
t1
0
03.热力学第一定律
8
二.热量
传热也可改变系统的 热力学状态.
外界 系统
热量也是过程量. 也与过程有关。 传热的微观本质是： 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递.
dQ dQ
说明两个概念：
1.热库或热源(热容量无限大的物体,温度始终不变).
2.准静态传热过程(温差无限小)：
9
系统
T1
T2
系统 （ T1 ）直接与 热源 （ T2 ）有限温差 热传导为非准静态过程
p
c
o a
b
d v
(3)若状态d与状态a内能之差为40cal,试求沿ad及 db各自吸收的热量是多少?
12
p c 解:
(1)∵Aacb=126J Qacb=80×4.18J=334.4J
b d
o
a
v
∴Eab=Qacb-Aacb=334.4-126=208.4J (2)∵Aba=-84J ∴Qba= Eba+Aba=-208.4-84=-292.4J (放热)
A PdV P ( V 2 - V 1 )
V2 V1
Q P CP.m ( T 2 - T 1 ) E CV.m ( T 2 - T 1 )
V V1 V2
17
部分用于对外做功,其余所吸热量用于增加系统内能.
3.等温过程
过程方程:
PV = const. Δ E =0；
C
P.m
C V.m + R
（迈耶公式）
15
思考:
c P.m cV.m ?
三.泊松比(poisson’s ratio) (也称为比热比)
C P.m CV.m+ R R 1+ C V.m CV.m CV.m
二.热量
传热也可改变系统的 热力学状态.
外界 系统
热量也是过程量. 也与过程有关。 传热的微观本质是： 分子无规则运动的能量 从高温物体向低温物体传递.
dQ dQ
说明两个概念：
1.热库或热源(热容量无限大的物体,温度始终不变).
2.准静态传热过程(温差无限小)：
9
系统
T1
T2
系统 （ T1 ）直接与 热源 （ T2 ）有限温差 热传导为非准静态过程
p
c
o a
b
d v
(3)若状态d与状态a内能之差为40cal,试求沿ad及 db各自吸收的热量是多少?
12
p c 解:
(1)∵Aacb=126J Qacb=80×4.18J=334.4J
b d
o
a
v
∴Eab=Qacb-Aacb=334.4-126=208.4J (2)∵Aba=-84J ∴Qba= Eba+Aba=-208.4-84=-292.4J (放热)
A PdV P ( V 2 - V 1 )
V2 V1
Q P CP.m ( T 2 - T 1 ) E CV.m ( T 2 - T 1 )
V V1 V2
17
部分用于对外做功,其余所吸热量用于增加系统内能.
3.等温过程
过程方程:
PV = const. Δ E =0；
C
P.m
C V.m + R
（迈耶公式）
15
思考:
c P.m cV.m ?
三.泊松比(poisson’s ratio) (也称为比热比)
C P.m CV.m+ R R 1+ C V.m CV.m CV.m
第三章 热力学第一定律
由热力学第一定律
Q=
p1 p1 A = pV1 ln p = p2V2 ln p 1 2 2
4. 绝热过程
1)理想气体准静态绝热过程 ) 由 特征: 特征:
Q=0
pV =ν RT
取全微分
pdV +Vdp =ν RdT ( ) 1
由热力学第一定律
) ν dA = pdV= dE= CV ,mdT (2)
Q > 0 系统从外界吸热; 系统从外界吸热;
系统内能增加; E > 0 系统内能增加; 系统对外界做功; A > 0 系统对外界做功; 微分形式 dQ = dE + dA
Q < 0 系统向外界放热; 系统向外界放热;
系统内能减少; E < 0 系统内能减少; 外界对系统做功. A < 0 外界对系统做功.
C= mc
m
4.定体摩尔热容C 4.定体摩尔热容CV,m 定体摩尔热容
C =νCm 单位:J/mol 单位:J/mol
K
一摩尔气体在体积不变时,温度改变1 时所吸收或放出的热量. 一摩尔气体在体积不变时,温度改变1K 时所吸收或放出的热量.
1 dQ 1 dE 1 d i )V = = ( νRT) = i R CV,m = = ( ν dT ν dT 2 2 ν ν dT
第三章 热力学第一定律
§ 3.1 准静态过程 § 3.2 功,热,内能 § 3.3 热力学第一定律 § 3.4 热容量 § 3.5 理想气体的绝热过程 § 3.6 循环过程 § 3.7 卡诺循环 § 3.8 致冷机 从能量角度出发, 从能量角度出发,分析研究热力学系统状态变化 时有关热功转换的关系和条件. 时有关热功转换的关系和条件.
p↓
Q=
p1 p1 A = pV1 ln p = p2V2 ln p 1 2 2
4. 绝热过程
1)理想气体准静态绝热过程 ) 由 特征: 特征:
Q=0
pV =ν RT
取全微分
pdV +Vdp =ν RdT ( ) 1
由热力学第一定律
) ν dA = pdV= dE= CV ,mdT (2)
Q > 0 系统从外界吸热; 系统从外界吸热;
系统内能增加; E > 0 系统内能增加; 系统对外界做功; A > 0 系统对外界做功; 微分形式 dQ = dE + dA
Q < 0 系统向外界放热; 系统向外界放热;
系统内能减少; E < 0 系统内能减少; 外界对系统做功. A < 0 外界对系统做功.
C= mc
m
4.定体摩尔热容C 4.定体摩尔热容CV,m 定体摩尔热容
C =νCm 单位:J/mol 单位:J/mol
K
一摩尔气体在体积不变时,温度改变1 时所吸收或放出的热量. 一摩尔气体在体积不变时,温度改变1K 时所吸收或放出的热量.
1 dQ 1 dE 1 d i )V = = ( νRT) = i R CV,m = = ( ν dT ν dT 2 2 ν ν dT
第三章 热力学第一定律
§ 3.1 准静态过程 § 3.2 功,热,内能 § 3.3 热力学第一定律 § 3.4 热容量 § 3.5 理想气体的绝热过程 § 3.6 循环过程 § 3.7 卡诺循环 § 3.8 致冷机 从能量角度出发, 从能量角度出发,分析研究热力学系统状态变化 时有关热功转换的关系和条件. 时有关热功转换的关系和条件.
p↓
课时3.2和3.3热力学第一定律和能量守恒定律--高中物理练习分类专题教案(人教版2019选择性)
第三章热力学定律课时3.2和3.3热力学第一定律和能量守恒定律1.理解热力学第一定律，能应用热力学第一定律分析和解决实际问题。
2.了解人类探索能量守恒的历史过程。
3.理解能量守恒定律，知道能量守恒定律是自然界普遍遵从的基本规律。
4.知道什么是第一类永动机及其不可能制成的原因。
一、热力学第一定律1．改变内能的两种方式做功与传热。
两者在改变系统内能方面是等价的。
2．热力学第一定律(1)内容：一个热力学系统的内能变化量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。
(2)表达式：ΔU＝Q＋W。
注意：热力学第一定律的数学表达式也适用于物体对外界做功、向外界传热和内能减少的情况。
二、能量守恒定律及永动机不可能制成1．能量守恒定律(1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
(2)意义：①各种形式的能可以相互转化。
②各种互不相关的物理现象可以用能量守恒定律联系在一起。
2．永动机不可能制成(1)永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。
(2)永动机不可能制成的原因：违背了能量守恒定律。
(3)意义：正是历史上设计永动机的失败，才使后人的思考走上了正确的道路。
基础过关练题组一热力学第一定律的理解和应用1.密闭有空气的薄塑料瓶因降温而变扁,此过程中瓶内空气(不计分子势能) ( )A.内能增大,放出热量B.内能减小,吸收热量C.内能增大,对外界做功D.内能减小,外界对其做功2.(多选)下列过程可能发生的是 ( )A.物体吸收热量,同时对外做功,内能增加B.物体吸收热量,同时对外做功,内能减少C.外界对物体做功,同时物体吸热,内能减少D.外界对物体做功,同时物体放热,内能增加3.一定量的气体在某一过程中,外界对气体做了8×104J的功,气体的内能减少了×105J,则下列各式中正确的是 ( )A.W=8×104×105J,Q=4×104JB.W=8×104×105J,Q=-2×105JC.W=-8×104×105J,Q=2×105JD.W=-8×104×105J,Q=-4×104J题组二能量守恒定律的理解和应用4.(多选)下列设想符合能量守恒定律的是 ( )A.利用永久磁铁间的作用力造一台永远转动的机器B.做成一条船利用河水的能量逆水航行C.通过太阳照射飞机使飞机起飞D.不用任何燃料使河水升温5.(多选)如图所示,汽缸放置在水平地面上,质量为m的活塞将汽缸分成甲、乙两气室,两气室中均充有气体,汽缸、活塞是绝热的且不漏气。
热力学第一定律
RdT
i 2
dE
i 2
RdT
QV E
R (T 2 T 1 )
dQ dA dE pdV
i 2
RdT
B)理想气体等压过程：dp=0
pV RT
dA pdV RdT
dE i 2 i
RdT
) RdT
dQ
p
dA
p1
c V1
3
b
V2 V
3
RT
5 2
1 8 . 31 ( 1 . 22 10 2 . 44 10 )
4
cb 为等压过程
Q cb ( 1 i ) R T
2
(1 5 2
2 . 534 10 ( J )
5
A cb p 1 (V 2 V 1 ) 1 . 013 10 ( 0 . 2 0 . 1 )
热容量
系统温度升高 1 K所吸收的热量称系统的热容量
C' dQ dT
1 摩尔系统的热容量称摩尔热容记做 C . 1克物质系统的热容量称比热， 记做c. C’、C、c 的数值与系统及系统经历的过程有关。
1.等容摩尔热容Cv
C
v
dQ
V
dT
∵理想气体等容过程： dQ v
Cv i 2 R
dE
例：
P . a m n Vb . b
O
Va
Байду номын сангаас
V
m过程:dV>0,系统对外作正功；
n过程：dV<0,系统对外作负功。
§3.3 热量、热力学第一定律 热传导过程中系统间所传递的能量称热量。记做Q Q0 系统从外界吸热；Q0 系统向外界放热。 设： 系统从外界吸收热量 Q 外界对系统作功 A’ Q 由能量守恒： + A’= E
热力学第一定律 ppt课件
有用功(此即著名的卡诺定理),且该热机效率与工作物
热力学第一定律
9
质无关,仅与热源温度有关,从而为热机的研究工作确定了
3.2.1热机
热机是指把持续将热转化为功的机械装置,热机中应用 最为广泛的是蒸汽机。一个热机至少应包含以下三个组成 部分:循环工作物质;两个或两个以上的温度不同的热源,使 工作物质从高温热源吸热,向低温热源放热;对外做功的机 置。热机的简化工作原理图如图1所示。
人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽 机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、 散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。 这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么? 热机效率的提高有没有一个限度?
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方 案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想 热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限 度地用来对外做
热力学第一定律
5
2.2数学表达式 2.2.1内能定理
将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学 第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想， 它的发展应借助于数学。马克思讲过，一门科学只 有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。 另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概 念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层 层推论，建成一个严密的体系。热力学也理应这样 的发展起来。所以下一步应该建立热力学第一定律 的数学表达式。第一定律描述功与热量之间的相互 转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该 找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数 热（力学第即一定律态函数），把它与功和6 热量联系起来，由此说
热力学第同一定律数量上不同比例的配合,与我3 国的五行说十分相似。但是人
第2章 热力学第一定律(中文课件)
郭煜《工程热力学与传热学 》
工程热力学与传热学
工程热力学 第二章 热力学第一定律
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第二章 热力学第一定律
内容要求:
掌握热力学能，储存能的含义 深刻理解热力学第一定律的实质 掌握热力学第一定律在闭口系统，开口系统中
能量方程式的形式 掌握体积变化功，流动功，技术功的含义及相
可忽略
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 对热力学能的几点说明
（1）热力学能的单位和符号：单位：焦耳 J，符号 U。 （2）比热力学能：单位质量物质的热力学能。 u, J / kg。
（3）热力学能是状态参数，是工质温度和比体积的函数。
u f (T , v), or u f (T , p),
2
u 1 du u2 u1 du 0
表述2：不花费能量就可以产生功的第一类永动机
（Perpetual motion machine of the first kind）
是永远不可能制造出来的。
郭煜《工程热力学与传热学 》
2-2-2 方程表达式
对于任意热力系统（开口，闭口），热力过程：
- 进入系统 的能量
离开系统 的能量
=
系统储存 能量的变化
功量，热量， 工质的储存能
热力学能，宏观动能， 宏观位能的变化。
热力学第一定律是人类在实践中积累的 经验的总结，不能用数学或其他理论证明。
思考题
郭煜《工程热力学与传热学 》
分析下面的说法是否正确
1. 自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒定律。 2. 遵守能量守恒与转换定律的一切过程都可以自发进行。 3. 热力学第一定律可用于任意系统，任意工质，任意过程。
工程热力学与传热学
工程热力学 第二章 热力学第一定律
郭煜 中国石油大学（北京）机械与储运工程学院
郭煜《工程热力学与传热学 》
第二章 热力学第一定律
内容要求:
掌握热力学能，储存能的含义 深刻理解热力学第一定律的实质 掌握热力学第一定律在闭口系统，开口系统中
能量方程式的形式 掌握体积变化功，流动功，技术功的含义及相
可忽略
郭煜《工程热力学与传热学 》
2. 对热力学能的几点说明
（1）热力学能的单位和符号：单位：焦耳 J，符号 U。 （2）比热力学能：单位质量物质的热力学能。 u, J / kg。
（3）热力学能是状态参数，是工质温度和比体积的函数。
u f (T , v), or u f (T , p),
2
u 1 du u2 u1 du 0
表述2：不花费能量就可以产生功的第一类永动机
（Perpetual motion machine of the first kind）
是永远不可能制造出来的。
郭煜《工程热力学与传热学 》
2-2-2 方程表达式
对于任意热力系统（开口，闭口），热力过程：
- 进入系统 的能量
离开系统 的能量
=
系统储存 能量的变化
功量，热量， 工质的储存能
热力学能，宏观动能， 宏观位能的变化。
热力学第一定律是人类在实践中积累的 经验的总结，不能用数学或其他理论证明。
思考题
郭煜《工程热力学与传热学 》
分析下面的说法是否正确
1. 自然界中发生的一切过程都必须遵守能量守恒定律。 2. 遵守能量守恒与转换定律的一切过程都可以自发进行。 3. 热力学第一定律可用于任意系统，任意工质，任意过程。
热力学第一定律及其工程应用课件
T Ti,max
Joule－Thomson效应
J
T p
H
T
V T p
cp
V
图图图图图图
图图图图
图图图图
理想气体节流前后温度不变 Ti,min
实际气体节流前后温度有三
p
pi,max p
种变化可能
热力学第一定律及其工程应用图 6-6 图 图 图 图 图 图 图 图 1图6
6.3.4 等熵膨胀 高压气体在膨胀机中作绝热膨胀，同时对外作 功，若过程可逆，则为等熵膨胀
单位质量流体：h1u2 0
2
应用实例：喷管(喷嘴)、扩压管
对节流过程：流体流速无明显变化
H0 节流过程为等焓过程
热力学第一定律及其工程应用
7
➢与环境间有大量热，功交换的过程 特征：系统的动能、位能变化与功，热量相比很小
u20,gZ0
HQWs
对蒸发，冷却等换热过程，不存在轴功,则有
H Q
应用实例：
气体的压缩、膨胀、换热器、吸收、解吸等。
热力学第一定律及其工程应用
8
例6.1某厂用功率为2.4 k W 的泵将90℃水从贮水罐压到换热器，水 流量为3.2 k g s 1 。在换热器中以720 kJ s1 的速率将水冷却，冷却 后水送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐，如图所示。求送入第
二贮水罐的水温，设水的比恒压热容 cp4.184kJkg1 C1。
解：
t2 ?
第二贮水罐
换热器
20m
Q=720kJ s1
Ws 2.4kW
水泵
图 热6-力2学第图一6定.律1 及图其图工程应用
t1 90 C u1 =3.2kg
s1
第一贮水罐
热力学第一定律(实际气体节流过程)
熵增原理可以用来判断节流过程中气 体的状态变化方向和过程是否可逆。
熵增应用
在节流过程中，气体的熵会增加，这 是因为气体通过节流元件时，其状态 发生了变化，从有序状态变为无序状 态。
节流过程中热力学第一定律的验证方法
验证方法
通过测量节流前后的气体压力、温度和流量等参数，结合 热力学第一定律公式（ΔU = Q + W），计算出气体内能 的增量ΔU。
初始状态
气体的初始状态也会影响节流过程中温度和压力 的变化趋势，因此需要了解气体的初始温度、压 力和密度等参数。
节流装置的结构
节流装置的结构也会影响节流过程中温度和压力 的变化趋势，因此需要根据实际需求选择合适的 节流装置结构。
04
热力学第一定律在节流过程中的应用
节流过程中能量的转换与守恒
节流过程
不可逆过程的定义和特性
不可逆过程是指与热力学第二定律相 违背的过程，它不能自发地逆转，即 系统从有序向无序转化的过程。
不可逆过程的特性包括熵增加、能量 耗散和时间箭头等，这些特性揭示了 自然界的演化规律和方向。
02
热力学第一定律概述
热力学第一定律的定义
热力学第一定律是指能量守恒定律在热力学中的具体表现，它指出在一个封闭系 统中，能量不能凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
当气体通过节流装置时，由于受到压力的降低， 气体分子之间的距离会减小，分子间的碰撞频 率会增加，从而引起温度的降低。
同时，由于气体的压力降低，气体的密度也会 减小，导致气体的体积膨胀，从而引起压力的 降低。
节流过程的特点
节流过程中，气体的温度和压力 会同时发生变化，且变化趋势与
气体的种类和初始状态有关。
热力学第一定律的应用范围
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
二、热力学第一定律的应用
理想气体变化过程中的做功与吸放热分析
1．等压过程：VT＝C(常数)． 气体等压膨胀时，体积从 V1 膨胀到 V2，气体向外界推
动活塞，气体对外界做功， W<0.因为 V2>V1，由盖·吕萨 克定律VT22＝VT11可知 T2>T1，气体温度升高，内能增加，U>0， 由热力学第一定律， Q＝ U－W＞0. 可见，理想气体在等 压膨胀过程中从外界吸热，吸收的热量一部分用来增加内 能，温度升高，另一部分用于对外做功；
等温过程（T=常量）
T不变
U 0
V
气体对外界做功
W 0
反过程如何分析？
Q U W 0 (吸热)
课堂训练
1、下列说法中正确的是( ) A.物体吸收热量，其内能必增加 B.外界对物体做功，物体内能必增加 C.物体吸收热量，同时对外做功，其内能可能减少 D.物体温度不变，其内能也一定不变
答案：C
体分子间的势能可忽略，则在此过程中（ D ）
A．外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B．外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C．气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D．气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
当气体等压压缩时，外界对气体做功， W>0，由VT22＝ VT11可知 T2<T1，气体温度降低，内能减小， U<0，由热力学
第一定律，Q＝ΔU－W＜0，气体对外界放热，放出的热量
等于外界对气体做的功和气体温度降低所减少的内能之和．
等压过程（P=常量）
V T2 T1 物体内能增加 U 0
V 物体对外界做功
应用热力学第一定律解题的一般步骤
1．根据符号法则写出各已知量(W、Q、ΔU)的正、负； 2．根据方程ΔU＝W＋Q 求出未知量； 3．再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况
或做功情况．
二、热力学第一定律的应用
例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热 量，内能增加了4.2 ×105J。
内能与热量的区别
内能是一个状态量，一个物体在不同的状 态下有不同的内能
热量是一个过程量，它表示由于热传递而 引起的变化过程中转移的能量，即内能的改变量。
如果没有热传递，就没有热量可言，但此时仍有内能
如果物体在跟外界同时发生做 功和热传递的过程中，内能的变化 ΔU与热量Ｑ及做的功Ｗ之间又有 什么关系呢？
二、热力学第一定律的应用
例题：一定量的气体从外界吸收了2.6×105J的热 量，内能增加了4.2 ×105J。
问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？ 做了多少焦耳的功？
解：①根据ΔU = W + Q 得 W = ΔU － Q = 4.2 ×105J － 2.6×105J= 1.6×105J W为正值，外界对气体做功，做 了1.6×105J 的功。
第二节
热力学第一定律
一.热力学第一定律：
1、内容：一个热力学系统的内能增量等 于外界向它传递的热量与外界对它所做 的功的和
2、表达式：
ΔU＝ Q + W
3 号
意义
W
+
外界对物 体做功
－
物体对外 界做功
Q
+
物体吸收 热量
－
物体放出 热量
ΔU + 内能增加 － 内能减少
课堂训练
2、一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，
则此过程的末态与初态相比， （
）D
A．气体内能一定增加
B．气体内能一定减小
C．气体内能一定不变
D．气体内能是增是减不能确定
课堂训练
3、下列说法正确的是
（D）
A．外界对气体做功，气体的内能一定增大
B．气体从外界吸收热量，气体的内能一定增大
C．气体的温度越低，气体分子无规则运动的平均
知识回顾：
改变内能的两种方式
做功
热传递
对内
（外界对物 体做功）
对外
（物体对外 界做功）
吸热
（物体从外 界吸热）
放热
（物体对外 界放热）
内能增加 内能减少 内能增加 内能减少
做功和热传递的区别
（1）做功改变内能：实质上是其它形式的能和内能 之间转化 （2）热传递：实质上是各物体间内能的转移 （3）做功和热传递在改变内能效果上是等效的
反之，气体放出的热量是以减小内能为代价的，温 度降低．
等容过程（V=常量）
T
V 不变
U 0
W 0
反过程如何分析？
Q U W 0 (吸热)
3．等温过程
理想气体在等温过程中内能保持不变，ΔU＝0，由热 力学第一定律，W＝－Q，如果气体被等温压缩，即外界对 气体做功，则 W>0， 所以Q<0, 即气体对外界放热，外界对理想气体所做的功全部 转换为传给外界的热量．如果气体等温膨胀，气体对外做 功，即W<0，所以Q>0,气体从外界吸收热量且吸取的热量全 部转换为对外所做的功．
问：①是气体对外界做了功，还是外界对气体做了功？ 做了多少焦耳的功？
②如果气体吸收的热量仍为2.6×105J不变，但是 内能只增加了1.6×105J，这一过程做功情况怎样？
解：②同理可得：W＇=ΔU ＇－ Q ＇= 1.6 ×105J － 2.6×105J= － 1.0×105J W为负值，说明气体对 外界做功（气体体积变大），做了1.0×105J 的功。
W 0
Q U W 0 (吸热)
反过程如何分析？
V T2 T1
物体内能减少 U 0
V 外界对物体做功
W 0
Q U W 0 (放热)
2．等容过程
气体等容变化时，气体没有推动活塞对外界做功，
W＝0.根据热力学第一定律有ΔU＝Q.
在等容过程中，气体吸收的热量全部用于增加内能， 温度升高；
动能越大
D．气体的温度越高，气体分子无规则运动的平均
动能越大
课堂训练
4、下列说法正确的是 （ D ）
A．外界对一物体做功，此物体的内能一定增加 B．机械能完全转化成内能是不可能的 C．将热量传给一个物体，此物体的内能一定改变 D．一定量气体对外做功，气体的内能不一定减少
课堂训练
5．一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气