8.1-3.准静态过程 功 热量 内能 热力学第一定律 等体过程 等压过程 摩尔热容等温过程和绝热过程

对于一个无限小的过程，热力学第一定律可写成 热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与 转化定律的一种表达形式。 式中各量均为代数量，有正有负 该定律的另一种通俗表述是：第一类永动机是不 为正，放出热量则为负 系统吸收热量， 可能造成的。 或 或 为正，内能减少则为负 系统内能增加， 或 为正，外界对系统作功则为负 第一类永动机是指能不断对外作功而又不需消耗任何形式的能 系统对外作功，
等温压缩 放热量 绝热膨胀 过程方程
绝热压缩 过程方程
低温热源 两式对比 得
回顾循环效率和热机效率的普遍定义
卡诺循环效率
高温热源
高温热源温度 越高， 低温热源温度 越低， 卡诺循环效率就越大。
低温热源
回顾逆循环效率和致冷机致冷系数的普遍定义
卡诺逆循环致冷
高温热源
致冷系数随着被致冷物体的温度变化 而变化。被致冷物体的温度 越低， 则卡诺逆循环的致冷系数越小。
活塞面积
功
气体系统体积变化过程 所作的功（体积功）
气体压强
元功
气体膨胀 气体被压缩 系统对外作正功 系统对外作负功
体积从
变到
系统作的功
沿acb过程的功
沿adb过程的功
系统通过体积变化实现作功。 热力学中的功是与系统始末状 态和过程都有关的一种过程量。
与 过 程 有 关
热量是系统与外界仅由于 热量 温度不同而传递的能量。 系统由温度 变到温度 的过程中所吸收的热量
对外作的净功
循环过程
则
净
循环效率
热机的循环效率
工质对外作的净功 工质从高温热源吸收的热量
致冷机的致冷系数
工质从低温热源吸收的热量 外界对工质作的净功
卡诺循环

W 绝 热 V V 1 2pd p 1 V V 1 1 [V V 1 2 () 1 1 ]1 1 [p 1 V 1 p 2 V 2 ]
例4.3 P.183
已知T1 =300 K, p2/p1 =10和p2 /p1 =100，则T=?
m x x=0(平衡位置)
例4.4 P.184
Q是系统所吸收的能量，W是外界对系统所
U2U1QW作的功
d U d Q d或 W d Q d U pd V
热力学第一定律12
一、定体热容与内能
定体比热容cv ，定压比热容cp
p
b
d
定体摩尔热容Cv,m, 定压摩尔热容 Cp,m
c
a
e
等体过程a—b, dV=0
T+dT
T
(ΔQ)v = ΔU
0 V
c V lT i0( m m Q T )V lT i0 (m T u)V ( T u)V
三、可逆与不可逆过程
系统从初态出发经历某一过程变到末态，若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程（这时系统回到 初态，对外界也不产生任何影响），则原过程是可逆的。若总是找不到一个能使系统与外界同时复原的过程， 则原过程是不可逆的。
例如：气体向真空自由膨胀就是一个不可逆过 程。
判断条件
真空
•系统回到初态 •对外界也不产生任何影响
一、理想气体内能
热力学第一定律12 1、自由膨胀过程
C
A
B
焦耳实验 理想气体宏观特性：
U1 (T1 ,V 1) =U2 (T2 ,V2)=常量
证明：理想气体内能仅是状态的函数，与体积 无关，称为焦耳定律
满足pV=νRT关系；满足道尔顿分压定律； 满足阿伏加德罗定律；满足焦耳定律U=U(T)。

热量是过程量
使系统的状态改变，传热和作功是等效的。
作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度 热量是系统与外界热能转换的量度。
10
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
五 热力学第一定律
作机械功改变系统
状态的焦耳实验
作电功改变系统
状态的实验
A V
11
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
焦耳实验 1. 从外界传热, 2. 利用外界作功 结论： 改变系统状态(E )的方式有两种 作功 与 传热 实验证明系统从状态A 变化到状态B， 可以采用做功和传热的方法，不管经过什 么过程，只要始末状态确定，做功和传热 之和保持不变.
dQV CV dT
dQV CV dT
1 1
单位 J mol K
摩尔定体热容: 1mol 理想气体在等体 过程中吸收热量 , 用 CV ,m 表示。
CV CV ,m
20
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
mol 理想气体
dQV CV ,mdT
QV CV ,m (T2 T1 )
微变过程
dQ dE dW dE pdV
准静态过程
Q E
V2
V1
pdV
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8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
Q E2 E1 W E W
第一定律的符号规定
Q
E
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
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8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程
宏观运动能量
热运动能量
5
8-1 热力学第一定律与常见的热力学过程

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例1: 一定量的理想气体从体积V1 膨胀到体积V2 ，经历 以下几个过程： AB等压过程； AC等温过程； AD绝热 过程。问：从P－V图上，(1) 哪一个过程做功较多？哪 一个过程做功较少？(2) 经历哪一个过程内能增加？经 历哪一个过程内能减少？(3) 经历哪一个过程吸热最多？ P 解： (1) 等压过程做功最多 A A A P A B p T Q 绝热过程做功最少 P C
例2：图示两卡诺循环，S1 = S2 P (1) 吸热和放热差值是否相同？ (2) 对外所做净功是否相同？ (3) 效率是否相同？ 答案：(1)相同；(2)相同；(3)不相同
讨论
T2 1 )卡诺热机效率C 1 T1
只与T1和T2有关
与物质种类、膨胀的体积无关
2 ) 理论指导作用
T1 提高 c T2
提高高温热源的温度现实些
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3)理论说明低温热源温度T2 0
说明热机效率 且只能 进一步说明 •热机循环不向低温热源放热是不可能的
T
(2) 等压膨胀：系统吸热 O V1 V2 V 系统内能增加，且对外做功； 等温膨胀：系统吸热，全部用来对外做功，内能不变； 绝热膨胀：系统不吸收热量，靠减少系统的内能对外做功
PQ
D
等压：内能增加；等温：内能不变；绝热：内能减少。
(3) 等压膨胀过程吸热最多。（4）绝热线比等温线陡 22
例2: 一mol单原子理想气体在汽缸中，设汽缸与活塞无 摩擦，开始时，P1=1.013*105Pa， V1=1.0*10 –2m3 ，将 此气体在等压下加热，使其体积增大一倍，然后在等体 下加热至压强增大一倍，最后绝热 膨胀为起始温度。 (1)画P-V图(2)求内能的增量(3)过程中的功 解： (1)图示 (2)0 (3) P2