8-1热力学

第8章 热力学基础
热学
热力学
宏观规律 从现象中找规律
分子动理论
微观机制
透过现象追本质
根据热力学系统与外界的不同接触方式： 开放系统——有能量传递，有质量传递
孤立系统——没有能量传递，没有质量传递
封闭系统——有能量传递，没有质量传递
第8章 热力学基础
8-1
功和热量
准静态过程（理想化的过程）
准静态过程：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 .
体 升 p1 压
等 p1 体 降 p2 压
p
1 ( p1,V , T1 ) 2
( p2 ,V , T2 )
o
V
o
E1
V
V
QV
E1
Q＞0
E2
QV
E2
W=0，△E ＞0
W=0，△E ＜0 Q ＜0
第8章 热力学基础 二、等压过程 等压过程:气体在状态变化过程中压强保持不变。
p= 恒量
Q p E p (V2 V1 )
第8章 热力学基础 (2) p不变， Q = W+ E，热量转变为功和内能
7 Q p vCp ,m (T T0 ) 2 R (T T0 ) 2
500 T T0 273K 281.6K 7R 7 8.31
V0T 44.8 10 281.6 3 3 V m 0.046m T0 273
dQ Ci dT
第8章 热力学基础 功与热量的异同
1）过程量：功和热量都是过程量，而内能是状态量， 通过做功或传递热量的过程使系统的状态（内能） 发生变化。 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；
热功当量： 1卡 = 4.186 焦耳
3）功与热量的物理本质（能量转换）不同 .
第8章 热力学基础 做功是通过物体做宏观运动来完成能量的传递， 作用：物体有规则的定向运动转换为系统内分子无规则 的热运动； 传递热量是通过分子之间相互碰撞来完成能量的传递，
等压过程系统吸收或放出的热量：
Q p vCp ,m (T2 T1 )
等压过程系统内能的变化：
E vCV ,m (T2 T1 )
等压过程系统作功：
W p(V2 V1 ) vR(T2 T1 )
第8章 热力学基础
讨论:以下两个热力学过程Q、△E、W
p
等 压 膨 胀
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 , T2 )
第8章 热力学基础
p
A*
2 1 *B
p
A*
2 1 *B
o
V
o
V
i i E v RT v R(T2 T1 ) 2 2
△T＞0, △E＞0,即：温度升高，内能增加；
△T＜0, △E ＜ 0,即：温度降低，内能减少。
第8章 热力学基础 例1 一定量的理想气体，由平衡态 A 无论经过什么过程，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。
p
(10 Pa) a 4
5
解
d c
Qacb 200J
Wacb Qacb Eba
b V
1
o
e
1
PaVa PbVb Ta Tb
4 (103 m3 )
Wacb Qacb 200J
Qacbda 1000J
Qacbda Wacbda Wacb Wda
(2) p不变，热量变为什么？氢的T、V各为多少？ 解：(1) V不变， Q = E，热量转变为内能
5 E QV vCV ,m (T T0 ) R (T T0 ) 2 2QV 2 500 T T0 273(K) 5R 5 2 8.31 285K
第8章 热力学基础
Q E W
Q 表示系统吸收或放出的热量，W 表示系统所作 的功，E 表示系统内能的变化。
第一定律的符号规定
Q
E2 E1
内能增加
内能减少
W
系统对外界做功
外界对系统做功
+
系统吸热
系统放热
第8章 热力学基础 例2一定量的理想气体经历 acb 过程时吸热 200 J， 则经历acbda 过程时，吸热多少？
C p,m CV ,m
i

5/3=1.6 7/5=1.4
i R 2
CV,m 3R/2 5R/2
Cp,m 5R/2 7R/2
单原子 双原子
He, Ar H2,O2
3 5
多原子
H2O,C
6
4/3=1.3
3R
4R
第8章 热力学基础
等压过程的热力学第一定律:
Q p E p (V2 V1 )
Wda 1200J
第8章 热力学基础 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础
（ 1）
pV vRT（理想气体的共性）
dQ dE pdV
解决过程中能
量转换的问题
（ 2）
Q E pdV
V1
V2
（ 3）
i E v RT 2
（理想气体的状态函数）
（4） 各等值过程的特性 .
p
准静态过程的过程曲 线可以用p-V图来描述， 图上的每一点分别表示 系统的一个平衡态。
p1
p2
1 ( p ,V , T ) 1 1 1 2( p2 ,V2 , T2 )
o
V1
V2
V
第8章 热力学基础
一 功（过程量）
宏观运动能量
热运动能量
功是能量传递和转换的量度，引起系统热运动状态的变化 准静态过程功的计算
QV E dQV dE
吸收或放出的热量 内能的变化 系统对外做功=0
QV vCV ,m (T2 T1 )
i E v R (T2 T1 ) 2
第8章 热力学基础
讨论:以下两个热力学过程Q、△E、W
等 p2
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1
V
( p1 ,V , T1 )
内能的变化
W p(V2 V1 )
p
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 ,T2 ) 1 2
i E v R (T2 T1 ) 2
系统做功
o
V1
V2 V
W p(V2 V1 ) vR(T2 T1 )
PV vRT
第8章 热力学基础 吸收或放出的热量
Q p vCp ,m (T2 T1 )
P
B ，则
A *
B *
TB TA
答：（ B ）
V
o
第8章 热力学基础
§8-2 热力学第一定律
Q E2 E1 W
p
1*
*2
Q E
V2
V1
pdV
o
V1
V2 V
dQ dE dW dE pdV
系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增 加, 另一部分使系统对外界做功 .
第8章 热力学基础
§8-3
一、等程中体积保持不变。
V= 恒量 ， ΔV= 0 W=0
热力学第一定律
p2
p1
p
( p2 ,V , T2 )
( p1 ,V , T1 )
Q E W
等体过程的热力学第一定律:
o
QV E
V
V
第8章 热力学基础
dW Fdl pSdl
微小过程
dW pdV
W
V
V2
1
pdV
系统对外做功，体积膨胀,功为正；
外界对系统做功，体积压缩，功为负
第8章 热力学基础 注意：作功与过程有关 . 结论：
1、系统所做的功在数值上等于p-V 图上过程曲线 以下的面积
2、状态变化过程不同，过程曲线下面的面积也不 同，系统所作的功也不同 3、系统做功不仅与始末状态有关，而且与路径有 关，功不是状态函数，而是一个过程量
3
Qp
吸收或放出热量：
QV vCV ,m (T2 T1 )
摩尔定体热容： 1mol理想气体在体积不变的状态下， 温度升高一度所需要吸收的热量。
CV ,m
i R 2
单位
J mol1 K 1
系统内能的变化：
i E v RT 2
第8章 热力学基础
公式小结 等体过程的热力学第一定律:
i Q p v R(T2 T1 ) vR (T2 T1 ) 2
摩尔定压热容： 1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
C p ,m
i RR 2
第8章 热力学基础 可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系
C p ,m CV ,m R
摩尔热容比
CV ,m
p
等 压 压 缩
1
2
p
( p,V2 , T2 ) ( p,V1, T1 )
2
1
W
W
o
V1
V2 V
o
V2
V1 V
Qp
E2
E1
Q ＜0
W
Qp
E1
W
w＜0,△E ＜0
w＞0,△E ＞ 0
E2
Q＞0
第8章 热力学基础 例4 将500J的热量传给标准状态下的2mol氢。
(1) V不变，热量变为什么？氢的温度为多少？
作用：系统内分子无规则热运动直接之间的交换。
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
第8章 热力学基础 三 内能