当前位置：文档之家 › 热力学第一定律最新版本ppt课件

热力学第一定律最新版本ppt课件

  • 格式：ppt
  • 大小：1.63 MB
  • 文档页数：51

下载文档原格式

  / 51

合集下载

10.3 热力学第一定律(共22张PPT)

10.3 热力学第一定律(共22张PPT)

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。
ΔU 物体内能的增加量
2.表达式:
W 外界对物体做的功
Q 物体吸收的热量
ΔU＝W + Q
一定质量的理想气体从外界吸收
4.2×105J的热量，同时对外做功
2.6×105J，则内能变化了多少？是增加
还是减少？
等容过程
不变
一定质量的理想气体，
等压过程 不变
升高相同的温度，等 增大压过升程高和等容增过加程哪 吸热
-
增大 减小个吸升热高多？ 增加 绝热过程
0
+
小试身手
1.图中活塞将气缸分成甲、乙两气室，气缸、 活塞(连同拉杆)是绝热的，且不漏气，以U甲、 U乙分别表示甲、乙两气室中气体的内能，则在 将拉杆缓慢向外拉的过程中（ C ）
B．外力对乙做功；乙的内能不变
C．乙传递热量给甲；乙的内能增加
D．乙的内能增加；甲的内能不变
5.应用热力学第一定律解题的一般步骤：
（1）明确研究对象是哪个物体或是那个热力学 系统；
（2）根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）
的正、负； （3）根据热力学第一定律ΔU=W+Q求出未知量；
（4）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。
例1：如图所示，甲、乙两个相同的金属球， 甲用细线悬挂于空中，乙放在水平地面上。 现在分别对两球加热，使它们吸收相同的热 量，试讨论甲、乙两球内能增量的关系？ （假设金属球不向外散热）
分析：吸热后金属球体积膨 胀，甲球重心降低，重力做 正功，
乙球重心升高，重力做负功，
而又因为两球吸收相同热量，

热力学第一定律ppt课件

热力学第一定律ppt课件
的两绝热活塞将汽缸分为f、g、h三部分，活塞与汽缸壁间没有摩擦。初
始时弹簧处于原长，三部分中气体的温度、体积、压强均相等。现通过电
阻丝对f中的气体缓慢加热，停止加热并达到稳定后（
）
A．h中的气体内能增加
B．f与g中的气体温度相等
C．f与h中的气体温度相等
D．f与h中的气体压强相等
6、如图，一竖直放置的汽缸上端开口，汽缸壁内有卡口a和b，a、b间距
1840年在英国皇家学会上宣布了电流通
过导体产生热量的定律，即焦耳定律。
焦耳测量了热与机械功之间的当量关系—
焦耳
—热功当量，为热力学第一定律和能量守
恒定律的建立奠定了实验基础。
焦耳的实验
绝热过程
系统只通过对外界做功或外界对它做功而与外界交换能量，它
不从外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫做绝热过程。
为h，a距缸底的高度为H；活塞只能在a、b间移动，其下方密封有一定质
量的理想气体。已知活塞质量为m，面积为S，厚度可忽略；活塞和汽缸
壁均绝热，不计它们之间的摩擦。开始时活塞处于静止状态，上、下方气
体压强均为p0，温度均为T0。现用电热丝缓慢加热汽缸中的气体，直至活
塞刚好到达b处。求此时汽缸内气体的温度以及在此过程中气体对外所做
增加，A 项正确；ab 过程发生等容变化，气体对外界不做功，
C 项错误；一定质量的理想气体内能仅由温度决定，bc 过程发
的功。（重力加速度大小为g）
7、如图所示，一定质量的理想气体由a状态变化到b状态，下列
说法正确的有(
)
A．外界对气体做功
B．气体对外界做功
√
C．气体向外界放热
D．气体从外界吸热
√
BD

第一章 热力学第一定律PPT课件

第一章 热力学第一定律PPT课件
物理化学
绪论
一、物理化学的任务和内容 化学热力学: 研究化学反应能量转化及变化的方向和限度。
与化学变化密切相关的相变化、表面现象、电化学等。 化学动力学: 研究化学反应的速率和反应机理。 物质结构: 研究原子、分子、晶体结构及结构与性能的关
系。(其它课程中分散讲授基本知识)
二、物理化学在药学中的地位与作用 建立必要的理论与实验基础。
功(W): 除热外，系统与环境间传递的一切能量。 （质点有序运动）
符号：对系统而言，作功为负，得功为正。 性质：途径函数，微分表示为δW（与状态函数区别）
◆ 说系统某一状态有多少热或多少功是不正确的．根据过程 来计算Q 、W ，不是根据状态来计算．
体积功： 因V 变化传递的W（膨胀、压缩）。 δW体积＝-p外dV
T ---K，273.15K = 0℃
n ---mol
质量: kg ( 1 kg = 1000 g )
R ---8.314 J·K-1·mol-1
范德华实际气体状态方程
pVa2
Vb
nRT
五、过程与途经
常见的变化过程:
1、等温过程: 2、等压过程: 3、等容过程: 4、绝热过程:
T1= T2 = T环 p1 = p2 = p环 V1= V2 Q=0
1、自由（向真空）膨胀: p外= 0 , W = 0 ( 定容过程：dV = 0 , W = 0 )
2、恒定外压膨胀
(1) 一次膨胀或压缩过程： W体积＝ -VV12 p外dV ＝- p外( V2－V1 )
非体积功：除体积功外的其它功。如电功、表面功。
第三节 热力学第一定律
一、热力学第一定律的几种表述方式
实质是能量守恒。能量守恒原理应用到热力学系统中 。

热力学第一定律 课件

热力学第一定律 课件
的增加。
(3)若过程的始末状态物体的内能不变,即 ΔU=0,则 W+Q=0 或 W=-Q,
外界对物体做的功等于物体放出的热量。
4.判断是否做功的方法
一般情况下外界对物体做功与否,需看物体的体积是否变化。
(1)若物体体积增大,表明物体对外界做功,W<0;
(2)若物体体积变小,表明外界对物体做功,W>0。
为另一种形式,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)能量守恒定律告诉我们,各种形式的能量可以相互转化。
(2)各种互不相关的物理现象——力学的、热学的、电学的、磁学的、
光学的、化学的、生物学的等可以用能量守恒定律联系在一起。
三、永动机不可能制成
1.第一类永动机:人们设想中的不需要任何动力或燃料,却能不断地对
提示前者能制成而后者不能制成。这是因为可以用太阳能、电能等
能源代替石油能源制造出太阳能汽车、电动汽车等,但是不消耗任何能量
的汽车不可能制成,因为它违背能量守恒定律。
2.热力学第一定律与能量守恒定律是什么关系?
提示能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程,总能量保
持不变,它包括各个领域,其范围广泛。热力学第一定律是物体内能与其他
(2)突破了人们关于物质运动的认识范围,从本质上表明了各种运动形
式之间相互转化的可能性。能量守恒定律比机械能守恒定律更普遍,它是物
理学中解决问题的重要思维方法。能量守恒定律与细胞学说、生物进化论
并称 19 世纪自然科学中三大发现,其重要意义由此可见。
(3)具有重大实践意义,即彻底粉碎了永动机的幻想。
外做功的机器。
2.第一类永动机不可制成的原因:违背了能量守恒定律。

ppt热力学第一定律

ppt热力学第一定律

dH d(U pV ) dU pdV Vdp
系统由始态到末态旳焓变
H U ( pV )4. Q来自 U ，Qp H 两关系式旳意义
特定条件下，不同途径旳热已经分别与过 程旳热力学能变、焓变相等，故不同途径旳恒 容热相等，不同途径旳恒压热相等，而不再与 途径有关。
把特殊过程旳过程量和状态量联络起来。
状态函数旳特征可描述为：异途同归，值变 相等；周而复始，数值还原。
状态函数在数学上具有全微分旳性质。
（2） 广度量和强度量 用宏观可测性质来描述系统旳热力学状态，
故这些性质又称为热力学变量。可分为两类：
广度性质（extensive properties）又称为容量性 质，它旳数值与系统旳物质旳量成正比，如体积、 质量、熵等。这种性质有加和性。
系统始态为a压力为pa；末态为z压力为pz，
pz＝1/5pa 。
可逆过程系统对环境做最大功（相反过 程环境对系统作最小功）。
3.理想气体恒温可逆过程
可逆过程,外压和内压相差无穷小
δWr
pdV ,Wr
V2 V1
pdV
理想气体恒温膨胀,则
Wr
nRT
V2 V1
dV V
nRTlnV2 V1
物理化学
第二章 热力学第一定律
The First Law of Thermodynamics
学习要求：
了解热力学基本概念、热力学能和焓旳定 义；掌握热力学第一定律旳文字表述及数 学表述。 了解热与功旳概念并掌握其正、负号旳要 求；掌握体积功计算，同步了解可逆过程 旳意义特点。 要点掌握利用热力学数据计算在单纯pVT 变化、相变化、化学变化过程中系统旳热 力学能变、焓变以及过程热和体积功。
( H p

热力学第一定律 课件

热力学第一定律 课件
• 在气泡缓慢上升的过程中，气泡外部的压强逐渐减小，气 泡膨胀，对外做功，故气泡中空气分子的内能减小，温度 降低．但由于外部恒温，且气泡缓慢上升，故可以认为上 升过程中气泡内空气的温度始终等于外界温度，内能不变， 故须从外界吸收热量，且吸收的热量等于对外界所做的 功．答案为B.
• 【答案】 B
【方法总结】
• 【答案】 C
• 【方法总结】 • 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
功情况或内能增减情况．
•
热力学第一定律与气体的综合应用
•
一个气泡从恒温水槽的底部缓慢向上浮起，(若
在理想气体状态发生变化时，应用热力学第一定律的关
键是：
(1)理想气体的内能完全由温度来决定．
(2)注意应用理想气体状ຫໍສະໝຸດ 方程p1V1 T1＝
p2V2 T2
分析状态参量
的变化．
(3)理想气体状态变化时，体积变大，气体对外做功
W<0；体积变小，外界对气体做功W>0(自由膨胀例外)．且
在p-V图中，p-V图线下方的“面积”表示功的多少．如图
不计气泡内空气分子势能的变化)则( )
• A．气泡对外做功，内能不变，同时放热
• B．气泡对外做功，内能不变，同时吸热
• C．气泡内能减少，同时放热
• D．气泡内能不变，不吸热也不放热
• 【解析】 气泡上升过程中，由于压强减小，体积增大， 故对外做功，缓慢上升指有时间发生热传递，可认为温度 是不变的．
• A．A中水银的内能增量大于B中水银的内能增量 • B．B中水银的内能增量大于A中水银的内能增量 • C．A和B中水银体积保持不变，故内能增量相同 • D．A和B中水银温度始终相同，故内能增量相同

热力学第一定律PPT课件

热力学第一定律PPT课件
解：
取杜瓦瓶及其中的物
质为系统，Q 0
例：绝热容器中盛有水，另有电源对浸于水中的电 热丝通电，见图。选取（1）水为系统；（2）水与 电热丝一起为系统，问 Q 0,Q 0,Q 0 ； W 0,W 0,W 0 解：
（1）取水为系统，则 系统边界是绝热壁及水 与电热丝交界处
Q 0, W 0
Qp ΔH
def
H U pV
dH dU d pV
dQp dH
不做非体积功时，恒压热等于系统焓的变化， 它只决定于系统的初终态
恒压过程的几点说明：
1 恒压过程只要求外压维持恒定，并且体系的初末 态压强等于外压，即可得到不做非体积功时，恒压 热等于焓变。
2 dQp dH 指的是一个微小恒压过程，并不是指 一个恒压过程中间的一个微元，因为实际过程的中
◆ 恒压(isobaric)过程——p1=p2 =p外 且p外维 持恒定
封闭系统 不做非体积功 恒压过程
Qp DU W DU p外(V2 V1 ) U2 U1 ( p2V2 p1V1 ) (U2 p2V2 ) (U1 p1V1 )
定义：焓 (enthalpy)H
DH DU D pV
（2）取水与电热丝一起为系统，则 Q 0, W 0
2.热力学第一定律(the first law of
thermodynamics)
W Q △U
U1
U2
△U = Q + W
以传热和做功的形式传递的能量，必定等于 系统热力学能的变化
△U = Q + W
◆ 一个过程的热和功 的代数和等于系统状态 函数U的变化，与途径 选择无关；
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。

热力学第一定律课件ppt

热力学第一定律课件ppt
38
解：方法一：取整个压气机（包括水冷部分）为系统，忽 略动能差及位能差则：
解：取缸内气体为热力系—闭口系。
分析：突然取走100 kg负载，气体 失去平衡，振荡后最终建立新的平衡 态。虽不计摩擦，因非准静态，故过 程不可逆，可应用第一定律解析式。
首先计算状态1及2的参数：
p1
pb
F1 A
(771133.32)
Pa
195 100
98
100
Pa 2.941105
Pa
宏观动能 宏观位能
总能
外部储存能
4
宏观动能与内动能的区别
三、热力学能是状态参数
dU 0
测量 p、V、T 可求出
四、热力学能单位 J
U
kJ
五、工程中关心 U
5
2–3 热力学第一定律基本表达式 加入系统的能量总和－热力系统输出的能量总和=
热力系总储存能的增量
δWtot
δmiei
E
δm je j
E+dE
功的基本表达式
8
讨论：
Q U W q u w
δQ dU δW δq du δw
1）对于可逆过程 δQ dU pdV
2）对于循环
δQ dU δW Qnet Wnet
3）对于定量工质吸热与升温关系，还取决于W 的 “+”、“–”、数值大小。
9
例 自由膨胀
如图， 抽去隔板，求 U 解：取气体为热力系
可逆过程
δwt pdv d pv vdp
25
2)第一定律第二解析式
wt
ws
1 2
cf2
gz
1
q h2 h1 2
cf22 cf21

热力学第一定律 ppt课件

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
  1. 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. 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. 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)。

CV ,m
(
dQ dT
)V
等容(体)摩尔热容
.
1 dQ
CV
( dT
)V
* 21.4 热力学第一定律在理想气体中的应用15
.
一定质量的理想气体
T3 273.16K
对任意测量对象 T p V T 3 p 3V 3
(1)T(p)p
5
T 273.16 pV p3V3
对一定体积的气体，设温度为T
时，气体的压
3
强为 ，p t r 则有：
T(p)273.16p (k) ptr
(2)T(V)V
定容气体温度计
对一定压强的气体，设温度为T 3 时，气体的 体积为V t r ，则有：
21 热力学第一定律
1
21.1 基本概念 21.1.2. 热力学系统
气体 dx
开放系统 封闭系统 孤立系统
21.1.2. 状态参量和状态方程
1. 状态参量 热力学系统：P,V,T,E
F
P-V (P-T,V-T)图中“点”表示平衡态 p
2. 准静态过程 驰豫时间
.Ⅰ(p1V1T1)
过程进行中的每一时刻, 系统都处于平衡态.
V1
V1
E i RT
2
Q
+ 系统吸热
系统放热
E2 E1
内能增加 内能减少
A
系统对外界做功 外界对系统做功
.
13
积分形式
V2
V2
Q吸 E2 E1 pdV E p d V
V1
V1
热力学第一定律的另一种表达方式
第一类永动机是不可能实现的
第一类永动机：系统从初态出发，不断地经历状态变 化回到原初态，过程中不需外界提供能量，而能对外 不断做功的永动机。
违反热力学第一定律
.
21.4 热力学第一定律的应用
14
物质的热容 热力学系统温度升高dT，所吸收的热量为dQ
C
dQ dT
与过程有关
比热
量
摩尔热容
Cm
dQ dT
等压热容
CP,m
(
dQ dT
)P
1 dQ
等压摩尔热容 CP ( dT )P
热容量与过程有关
Q吸CmT
等容(体)热容
T(V)273.16V (k) Vtr
定压气体温度计
.
4、温度计
6
发明者—伽利略（1659年）
例：定体气体温度计
常用酒精温度计，水银温度计，金属电阻温度计，温差电偶。
5、常用温标
华氏温标，水的冰点32º，沸点212º
摄氏温标，水的冰点0º，沸点100º。（常用）
热力学温标（绝对温标） 273.15K
6、热力学第三定律 热力学零度（绝对零度）不能达到。
.
(1) 常温、常压下的气体
PnkT 7
T300K P1atm 1.013 105P a
n P kT
1.318.0113023105300
2.451025/m 3
十亿亿亿
(2) 高真空 T273K P1015atm
n110.3185110.02133217035 2.691010/m 3
理想气体的内能是温度的单值函数
Mi
E
RT
.
2
* 21.3.4 热力学第一定律
11
热力学第一定律
E 2E 1A 外对 Q 系 吸
包括热现象在内的 能量守恒定律
或 Q 吸E2E1A系对外
A,Q均为过程量。对一无穷小过程；
dE A 外对 系 Q 吸 这里 A外对系 pdV
因而 积分形式
Q吸dEpdV
P-V
(P-T,V-T)
图中“曲线”表示准静态过程
.
0
.Ⅱ(p2V2T2)
V
2
三、理想气体的状态方程
系统的平衡态可以用几个宏观状态参量来描述，这些状态 参量满足一定的关系，该关系式称为状态方程。
理想气体物 态方程
pV m RT M
摩尔气体常量 R 8 .3 J 1 m 1 o K 1 l
理想气体状态方程另一种表达式： PnkT
3) 功与热量的物理本质不同.
功：与外力作用下的宏观位移相联系的能量传递过程，是一
种宏观方式；
热量：由于各部分温度不同而发生的能量传递过程，是微
观的方式。
.
10
21.3.3 内能
系统内所有粒子各种能量的总和
在热力学领域，系统内所有分子热运动动能和分子间相互作用 势能的总和称为系统内能，用E表示。
内能是状态量。 通常 EE(T,V)
甲和乙不一定认识
.
21.2.2 温标
4
1、玻意耳定律 一定质量的气体，温度不变时
2、几个概念
PV = 常量
1、温标：温度的数值表示法 2、理想气体模型（宏观）
3、建立温标的三要素
在各种压强下都严格 遵守玻意耳定律气体
测温物质，测温属性， 固定标准点。
3、理想气体温标 pV T
标准温度定点为水的三相温度 （1954年）
2、温度 处于统一平衡态的所有热力学系统
都就有一个共同的宏观性质
定义为：温度
处于热平衡的所有热力学系统的热力学温度相同
3、热力学第零定律
A , B, C 三个热力学系统
在与外界隔离的条件下，如果A,B两个热力学系统每一个 都和系统C处于热平衡，则A和B两系统必定处于热平衡
这是实验定律，不是逻辑推理， 甲、乙两个人都认识丙，
2）P-V 图上曲线下面积表示体积功大小。
3） 功是过程量。
.
21.3.2. 热量 热容
9
系统通过热传递过程与外界交换能量的量度为热量Q(卡).
Q>0 从外界吸收热量
Q<0 系统向外界放热
热量与功的异同:
1) 过程量：与过程有关；
2) 等效性：改变系统状态作用相同； 1卡=4.18焦， 1焦=0.24卡
V2
V2
Q吸 E2 E1 pdV E pdV
.
V1
V1
热力学第一定律
热现象的能量守恒定律
12
E2E1A外对 Q 系 吸 或
Q吸E2E1A系对外
A,Q均为过程量. 对一无穷小过程:
dE A外对 系 Q 吸 或： Q吸dEpdV
这里 A外对系 pdV
理想气体
积分形式
V2
V2
Q吸 E2 E1 pdV E pdV
PV m RT M
PVNNAmmii NAkT
NA6.0 2120m 3 o 1 l
k R1.381023JK1 NA
P N kT V
Pnk. T
21.2 热力学第零定律
3
1、热平衡
在不受外界影响的条件下，两个物体（热力 学系统）相互传递能量（热传递），达到一 个共同的平衡态
热平衡是能量的平衡，不是物质数量的平衡
热力学系统由大量粒子组成
大量、无规
统计方法
.
统计物理
21.3 热力学第一定律
8
21.3.1. 功
做功是使系统状态变化的一种方式，功是能量传递和
转化的量度和重要表现形式。(焦耳)
dx
系统对外做功（体积功）
A F d xP S d xP d V
V2
A dA PdV
讨论：
V1
气体 F
1）A > 0 系统对外界做正功； A < 0 系统对外界做负功。