大學(xué)物理2熱力學(xué)第一定律.ppt

第18章 熱力學(xué)第一定律,18.1 準靜態(tài)過程,過程中的每一狀態(tài)都是平衡態(tài) (Equilibrium state ),系統(tǒng)狀態(tài)的變化就是過程。,不受外界影響時，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變。,舉例1：外界對系統(tǒng)做功,過程無限緩慢,非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時間， 即弛豫時間，約 10 -3 秒 ，如果 實際壓縮一次所用時間為 1 秒， 就可以說 是準靜態(tài)過程。,外界壓強總比系統(tǒng)壓強大一小量 P ， 就可以 緩慢壓縮。,準靜態(tài)過程 (平衡過程）,（等容升溫）平衡過程的實現(xiàn)。,因為狀態(tài)圖中任何一點都表示系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，故準靜態(tài)過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如P-V圖（或P-T圖，V-T圖）中一條曲線表示，反之亦如此。,一、 功,做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài) 摩擦升溫（機械功）、電加熱（電功） 功是過程量,摩擦功：,電功：,通常：,微量功 = 廣義力 廣義位移,18.2 熱力學(xué)第一定律,功的幾何意義: 功在數(shù)值上等于P V 圖 上過程曲線下的面積。,準靜態(tài)過程氣體對外界做功：,功的幾何意義: 功在數(shù)值上等于P V 圖 上過程曲線下的面積。,例：溫度為T的等溫過程中，體積由V1到V2系統(tǒng) 對外所作的功,二、 熱量、熱力學(xué)第一定律,熱力學(xué)第一定律：,功能原理,為外界對系統(tǒng)的提供的能量,為系統(tǒng)內(nèi)能的增量,為系統(tǒng)吸收的熱量,為系統(tǒng)對外作的功,為熱力學(xué)第一定律,系統(tǒng)和外界溫度不同，就會傳熱，或稱能量交換， 熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。,微小熱量 ：, 0 表示系統(tǒng)從外界吸熱； 0 表示系統(tǒng)向外界放熱。,總熱量：,積分與過程有關(guān) 。,系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)量 如同 P、V、T等量,理想氣體 ：,范德瓦爾斯氣體：,內(nèi)能的變化：,只與初、末態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。,熱量是過程量,熱力學(xué)第一定律：,amb和anb過程所作的功不同，吸收的熱量 也不同。所以功、熱量和所經(jīng)歷的過程有關(guān)， 而內(nèi)能改變只決定于初末態(tài)和過程無關(guān)。,理想氣體 ：,18.3 熱容量(Heat capacity),摩爾熱容量 C ， 單位：J/mol K,為過程量,定壓熱容量 ：,定容熱容量 ：,定義：熱容量,定容摩爾熱容,特征：,一、等容過程 V=const,18.4 第一定律的應(yīng)用,等值過程,等容過程吸收的熱量：,剛性分子,值隨溫度 的變化,如果考慮到振動自由度，,單原子 雙原子 多原子,特征：dP = 0,二、等壓過程 P=const,令,比熱容比 ,單原子 雙原子 多原子,用值和實驗比較，常溫下符合很好，多原子分子 氣體則較差，,經(jīng)典理論有缺陷，需量子理論。 低溫時，只有平動，i=3； 常溫時，轉(zhuǎn)動被激發(fā)， i=3+2=5； 高溫時，振動也被激發(fā)， i=3+2+2=7。,特征：dT = 0,三、等溫過程 PV=const,例 將500J的熱量傳給標準狀態(tài)下2mol 的氫。 (1) 若體積不變，問這熱量變?yōu)槭裁?？氫的?度變?yōu)槎嗌伲?(2) 若溫度不變，問這熱量變?yōu)槭裁?？氫的?強及體積各變?yōu)槎嗌伲?(3) 若壓強不變，問這熱量變?yōu)槭裁?？氫的?度及體積各變?yōu)槎嗌伲?例 1mol氫，在壓強為1.0105Pa，溫 度為200C時，其體積為V0，今使它經(jīng)以下兩 種過程達同一狀態(tài)： (1)先保持體積不變，加熱使其溫度升高到 800C，然后令它作等溫膨脹，體積變?yōu)樵w 積的2倍； (2)先使它作等溫膨脹至原體積的2倍，然 后保持體積不變，加熱到800C。 試分別計算以上兩種過程中吸收的熱量， 氣體對外作的功和內(nèi)能的增量；并作pV圖。,=1246+2033=3279J,解：(1),=1246+2033,=3279J,例： mol單原子理想氣體分子 經(jīng)歷如圖過程 （1）、確定TV關(guān)系 （2）、確定摩爾熱容C=C（V）,解：,（1）、,（2）、,例： 設(shè)某理想氣體的摩爾熱容隨溫度按 c = a T 的規(guī)律變化， a 為一常數(shù)，求此理 想氣體1mol的過程方程式。,特征：,dQ = 0,18.5 理想氣體的絕熱過程和多方過程,一、理想氣體準靜態(tài)絕熱過程,泊松方程 絕熱方程,絕熱線與等溫線比較,膨脹相同的體積絕熱比等溫壓強下降得快,等溫線,絕熱線,考慮一絕熱容器，如圖， 抽去隔板，氣體由原來 的平衡態(tài)達到一個新的 平衡態(tài),二、絕熱自由膨脹,Q=0,過程是非準靜態(tài)過程,例 汽缸內(nèi)有單原子理想氣體，若絕熱 壓縮使其容積減半，問氣體分子的平均速率 變?yōu)樵瓉硭俾实膸妆?？若為雙原子理想氣體, 又為幾倍。,為空氣的密度。試證明聲音在空氣中的傳 播速度僅是溫度的函數(shù)。,例：聲音在空氣中的傳播可以看作是一 絕熱過程。它的速度可按公式,計算，式中,p為空氣的壓力，,解：,例：若有過程滿足,稱為多方過程，計算作功，吸收熱量，摩爾熱容,三、多方過程,例：若有8克氧氣，由初態(tài),1）、絕熱膨脹至,2）、等溫膨脹至,功A分別為多少？,解 1）、,2）、,例：絕熱容器，活塞無摩擦，初始條件為,1）、右側(cè)氣體做了多少功？,解 1）