清华大学自用 大学物理一 教学课件第十八章 热力学第一定律.ppt
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1、1,2,热力学过程:热力学系统的状态随时间发生变化的过程。,3,18-2 准静态过程,准静态过程:,状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。,4,例: 外界对系统做功,非准静态过程,非平衡态到平衡态的过渡时间,即弛豫时间,约 10 -3 秒 L/v 1m/(1000m/s),如果实际压缩一次所用时间为 1 秒,就可以说 是准静态过程。,外界压强总比系统压强大一无限小量 P , 缓慢压缩可近似看为准静态过程。,5,准静态过程的过程曲线可以用P -V 图来描述,图上的每一点都表示系统的一个平衡态。,6,钻木取火 通过做功的方式将机械能转换为物体的内能。,烤火 通过热
2、量传递提高物体内能。,7,作电功改变系统 状态的实验,8,18-1 功 热量 热力学第一定律,(1) 准静态过程中的内能变化,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.,内能是状态量,9,系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关,与系统所经历的过程无关 .,10,(2) 准静态过程中的功,功是能量传递和转换的量度,它引起系统热运动状态的变化.,宏观运动能量,热运动能量,11,12,结论: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。,13,p - V 图上过程曲线下的面积,14,P,V,A,B,作功正负的
3、判断:,作功与过程有关, 看是否单方向膨胀,15,通过传热方式传递能量的量度,系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .,(3) 准静态过程中的热量,16,热容量:物体温度升高一度所需要吸收的热量。,比热:单位质量物质热容量。,单位:,单位:,摩尔热容量:1 mol 物质的热容量。,17,微过程的热量计算式:,热量计算式:,18,(1)都是过程量:与过程有关; (2)等效性:改变系统热运动状态作用相同;,(3)功与热量的物理本质不同 .,1 cal = 4.18 J , 1 J = 0.24 cal,END,19,热力学第一定律的数学描述,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
4、使系统对外界做功 .,20,准静态过程,微变过程,21,22,(1)能量转换和守恒定律. 第一类永动机是不可能制成的. (2)实验经验总结,自然界的普遍规律.,END,第一类永动机:,不需要外界提供能量,但可以继续不断地对外做功的机器。,热力学第一定律: “不可能制造出第一类永动机”。,23,例 一定量的理想气体,由状态a经b到达c。(图中abc为一直线),求此过程中:,(1)气体对外作的功;,(2)气体内能的增量;,(3)气体吸收的热量。,24,例 在一气缸内放有一定量的水,活塞与汽缸间的摩擦不计缸壁由良导热材料制成. 作用于活塞上的压强 . 开始时, 活塞与水面接触. 若使环境 (热源)
5、温度非常缓慢地升高到 . 求把单位质量的水汽化为水蒸汽 , 水的内能改变了多少?,已知水的汽化热为,水的密度,水蒸汽的密度,解 水汽化所需的热量,水汽化后体积膨胀为,25,26,热力学第一定律的应用,计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.,27,热力学的等值过程,28,1 等体过程,由热力学第一定律,特性 常量,过程方程 常量,29,等体升压,1,2,30,结论:在等体过程中,系统吸收的热量完全用来增加自身的内能。,单位,定体摩尔热容: 理想气体在等体过程中吸收热量 ,使温度升高 , 其定体摩尔热容为:,31,吸收热量:,内能增量:,等体过程系统作功:,由热力学第一定律,自由度,32,2
6、等压过程,过程方程 常量,特性 常量,功,33,1,2,等 压 膨 胀,34,结论:在等体压过程中,系统吸收的热量除用来增加自身的内能外,同时还对外做功。,定压摩尔热容: 理想气体在等压过程中吸收热量 ,温度升高 ,其定压摩尔热容为:,35,由热力学第一定律,吸收热量:,功:,系统内能的增量:,36,定体摩尔热容与定压摩尔热容的关系,迈耶公式:,结论: 同一状态下1摩尔的理想气体温度升高1K,等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31 J。,比热容比:,单原子分子:,双原子分子:,37,38,思考: 一定量的理想气体内能E随体积V的变化关系如图,问该气体经历的是什么过程?,E=iRT
7、/2 =KV PV= RT V= RT /P,E=iRT/2 =KRT /P P=2K/i 等压过程,解:,39,(3)等温过程,由热力学第一定律,特征 常量,40,41,等温过程系统作功和吸热:,等温过程系统内能的增量:,42,例. 将500J的热量传给标准状态下的2摩尔氢。(1)V 不变,热量变为什么?氢的温度为多少?(2)T 不变,热量变为什么?氢的p,V各为多少?(3)p 不变,热量变为什么?氢的T,V各为多少?,解:,(1)Q = E,热量转变为内能,43,Q = W,热量转变为功,(2)T 不变,热量变为什么?氢的p,V各为多少?,44,Q = A+ E,热量转变为功和内能,(3)
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