熱力學(xué)第一定律

熱力學(xué)第一定律第一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日本章討論熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生變化時在能量上所遵循的規(guī)律－－－－熱力學(xué)第一定律第二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日§2.1準(zhǔn)靜態(tài)過程系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的過程熱力學(xué)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程：過程中任意時刻，系統(tǒng)都無限接近平衡態(tài)要求：過程無限緩慢“無限”——過程進(jìn)行的時間遠(yuǎn)大于由非平衡態(tài)到

平衡態(tài)的過渡時間（馳豫時間）第三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日氣缸實際時間約為10-2s，可初級近似為準(zhǔn)靜態(tài)過程弛豫時間約10-3秒

實現(xiàn)：外界壓強(qiáng)總比系統(tǒng)壓強(qiáng)大一小量△P，就可以緩慢壓縮。例氣體的準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實際壓縮一次1秒第四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日舉例：系統(tǒng)（初始溫度T1）從外界吸熱系統(tǒng)T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2從T1T2

是準(zhǔn)靜態(tài)過程系統(tǒng)溫度T1直接與熱源T2接觸，最終達(dá)到熱平衡，不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。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(zhǔn)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。第五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日VPo等溫過程等容過程等壓過程循環(huán)過程

幾種等值過程曲線第六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日§2.2功、熱、內(nèi)能一、功做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)摩擦升溫（機(jī)械功）、電加熱（電功）電源R第七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日psdlF以氣缸內(nèi)氣體的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹做功為例：準(zhǔn)靜態(tài)過程的體積功準(zhǔn)靜態(tài)過程中體積功的計算當(dāng)dV>0

，dA>0，系統(tǒng)對外界做功當(dāng)dV<0

，dA<0，外界對系統(tǒng)做功第八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日系統(tǒng)對外界做的總功功的幾何表示VpV1V212VV＋dV第九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例如：VP12V2V1P2P1第十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日體積功的特點做功與過程有關(guān)

功是過程量PVV1V2ⅠⅡ?qū)ο嗤某跄B(tài)，不同過程，A不同第十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日二、熱量:Q1）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)。如：夏天的車胎膨脹現(xiàn)象功、熱都能改變系統(tǒng)狀態(tài)熱量傳遞的方向用Q的符號表示：規(guī)定：dQ>0表示系統(tǒng)從外界吸熱dQ<0表示系統(tǒng)向外界放熱

2）熱量是過程量總熱量：

積分與過程有關(guān)。第十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日三、系統(tǒng)的內(nèi)能E對理想氣體、處于溫度為T的平衡態(tài)：系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)量，如同P、V、T等量第十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日1)改變系統(tǒng)狀態(tài)的方式有兩種作功傳熱2)作功、傳熱是相同性質(zhì)的物理量均是過程量小結(jié)系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)量第十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日§2.3熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)在過程中

能量守恒熱源QA——熱力學(xué)第一定律功是過程量，內(nèi)能是狀態(tài)量熱量也是過程量適用于任何熱力學(xué)系統(tǒng)（氣、液、固）的任何熱力學(xué)過程，各量單位：JE1E2第十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日熱一律對理想氣體的應(yīng)用對理想氣體：第十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日對理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過程：對無限小過程：第十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日一、等容過程V=CA=0等容過程吸收的熱量全部用于改變系統(tǒng)的內(nèi)能Vpp1p212V幾種典型的等值準(zhǔn)靜態(tài)過程第十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日二、等溫過程：T=C1V1Vpp1p22V2第十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日等溫過程吸收的熱量全部用于對外做功一個系統(tǒng)與外界的熱量傳遞不一定引起系統(tǒng)本身溫度的變化等溫過程(相變）熔化；凝固；汽化；液化時。第二十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日等壓過程吸收的熱量一部分用于對外做功，一部分用于改變內(nèi)能。三、等壓過程p=C VppV2V112第二十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例1:一定質(zhì)量的理想氣體,由狀態(tài)a經(jīng)b到達(dá)c,（如圖,abc為一直線）求此過程中。（1）氣體對外做的功；（2）氣體內(nèi)能的增量；（3）氣體吸收的熱量；(1atm=1.013×105Pa).第二十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日第二十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日摩爾熱容量

C——1mol理想氣體溫度升高1度，所吸收的熱量。比熱(容)c，單位：J/kg·K摩爾熱容量C，單位：J/mol·K§2.4熱容量“一定量氣體溫度升高dT，所吸收的熱量為dQ”定體摩爾熱容量

C

V，m:

——1mol理想氣體在等容過程中溫度

升高1度，所吸收的熱量。定壓摩爾熱容量

C

p，m:

——1mol理想氣體在等壓過程中溫度

升高1度，所吸收的熱量。第二十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日一、定體摩爾熱容理想氣體等容過程：對m克理想氣體的等容過程：

等容過程：第二十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日二、定壓摩爾熱容理想氣體等壓過程：第二十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日比熱（容）比γ：——邁耶公式思考：第二十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日剛性多原子分子的取值與氣體分子的種類有關(guān)單原子分子剛性雙原子分子室溫下與實驗基本符合第二十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日熱力學(xué)第一定律在各等值過程的應(yīng)用3.等壓過程：2.等容過程：1.內(nèi)能:4.等溫過程：第二十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例:0.02kg的氦氣（視為理想氣體）,溫度由17°C升為27°C,若在升溫過程中,（1）體積保持不變；（2）壓強(qiáng)保持不變；（3）不與外界交換熱量,試分別求出氣體內(nèi)能的改變、吸收的熱量、外界對氣體作的功。第三十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日第三十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日§2.5理想氣體的絕熱過程過程中，不能或來不及與外界交換熱量。絕熱層對m克氣體，當(dāng)A>0，

T2<T1,

絕熱膨脹使溫度降低當(dāng)A<0，

T2>T1,

絕熱壓縮使溫度升高打氣筒第三十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日①②不定積分一、理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程第三十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日絕熱方程VPo——泊松公式第三十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日由A點處斜率判斷：絕熱線與等溫線的比較系統(tǒng)從A點出發(fā)，經(jīng)歷等溫與絕熱過程

絕熱線比等溫線更陡VPoA等溫絕熱第三十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日1）若理想氣體絕熱膨脹對外做正功：2）若理想氣體絕熱壓縮對外做負(fù)功：由及可知：第三十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日Q=0，A=0，△E=0二、氣體絕熱自由膨脹：氣體絕熱自由膨脹為一非準(zhǔn)靜態(tài)過程即：膨脹前后p2T2V2氣體真空p1T1V1氣體的絕熱自由膨脹并非等溫過程作業(yè)：3.9;3.10第三十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例：汽缸內(nèi)有一種剛性雙原子分子的理想氣體，若經(jīng)過準(zhǔn)靜態(tài)絕熱膨脹后，氣體的壓強(qiáng)減小了一半，求變化前后氣體的內(nèi)能之比E1:E2=？解：對雙原子分子g=7/5第三十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例2:溫度為25C、壓強(qiáng)為1atm的1mol剛性雙原子分子理想氣體，經(jīng)等溫過程體積膨脹至原來的3倍．(1)計算這個過程中氣體對外的功.(2)假設(shè)氣體經(jīng)絕熱過程體積膨脹至原來的,3倍那么氣體對外做的功又是多少?第三十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日解：（1）等溫過程氣體對外作功為（2）絕熱過程氣體對外作功第四十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日2.工作物質(zhì)：將熱轉(zhuǎn)換為功的物質(zhì)系統(tǒng)（可為固、液、氣），簡稱工質(zhì)。3.循環(huán)過程：工質(zhì)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個過程叫循環(huán)過程，簡稱循環(huán)?！?/p>

2.6

循環(huán)過程一、熱機(jī)及其效率的一般概念1.熱機(jī)：利用熱做功的機(jī)器。如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等。Vp第四十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日A1A2Q2Q1RBPC熱電廠內(nèi)水的循環(huán)過程：第四十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日VPadcb內(nèi)能不變凈功等于曲線包圍面積正循環(huán)：過程順時針進(jìn)行逆循環(huán)：過程逆時針進(jìn)行循環(huán)以吸熱對外做功為目的，稱為熱機(jī)循環(huán)循環(huán)以從低溫?zé)嵩次鼰釣槟康模Q為制冷循環(huán)循環(huán)過程的特征：由若干個分過程組成第四十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日Q1Q2高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒旃べ|(zhì)A凈4.熱機(jī)循環(huán)效率：能流圖第四十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日1）Q1表示循環(huán)過程中吸熱分過程吸收熱量的和，Q1>0;2）Q2表示循環(huán)過程中放熱分過程放出熱量的和，Q2<0;3）A凈表示熱機(jī)循環(huán)一次系統(tǒng)對外做凈功。第四十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例11molO2進(jìn)行如圖所示循環(huán)，其中AB為等溫過程，求：1)一次循環(huán)對外所做凈功A、吸收的熱量Q1；2）此循環(huán)的效率h。P(atm)V(l)22.444.8ABC1第四十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1解：AB等溫膨脹第四十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1BC等壓壓縮第四十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日P(atm)V(l)22.444.8ABC1CA等容升溫第四十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日1）2）第五十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日PVT1ABT2CD§2.7卡諾循環(huán)準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)，工質(zhì)為理想氣體，只和兩個恒溫?zé)釒旖粨Q熱量。AB：等溫膨脹T1BC：絕熱膨脹CD：等溫壓縮T2DA：絕熱壓縮第五十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日PVT1ABT2CD第五十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日卡諾循環(huán)效率只與熱源溫度有關(guān)實際熱機(jī)的最大效率指明了實際熱機(jī)提高效率的途徑300MW發(fā)電機(jī)組的主蒸汽溫度約為T2=600C°,T1=30C°，卡諾效率為65％，實際效率約為30％左右。習(xí)題指導(dǎo)26；18；19第五十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日Q1Q2高溫?zé)釒斓蜏責(zé)釒旃べ|(zhì)A1.工作原理：2.致冷系數(shù)2.8致冷循環(huán)（逆循環(huán)）第五十四頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日3.卡諾致冷循環(huán)T1ABT2DPVC第五十五頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日致冷機(jī)（冰箱）的工作過程：作業(yè):3.20;3.25;3.27

習(xí)題指導(dǎo)：12；15；24第五十六頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日例：一定量理想氣體，從初態(tài)A開始，經(jīng)歷三種不同過程，B、C、D處于同一條等溫線上，AC為絕熱線。問1.AB過程吸熱還是放熱？

2.AD過程是吸熱還是放熱？VPoADCB1.若以ABCA構(gòu)成循環(huán)過程為逆循環(huán)過程AB放熱第五十七頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日2.若以A

D

CA構(gòu)成循環(huán)過程VPoADCB為正循環(huán)過程AD吸熱第五十八頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日1.一定量的理想氣體，經(jīng)歷某過程后，它的溫度升高

了．則根據(jù)熱力學(xué)定律可以斷定：（1）該理想氣體系統(tǒng)在此過程中吸了熱．（2）在此過程中外界對該理想氣體系統(tǒng)作了正功．（3）該理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能增加了．（4）在此過程中理想氣體系統(tǒng)既從外界吸了熱，又對

外作了正功．以上正確的斷言是：(A)(1)、(3).(B)(2)、(3).(C)(3).(D)(3)、(4).(E)(4).

[C]第五十九頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日2.某理想氣體分別進(jìn)行了如圖所示的兩個卡諾循環(huán)：I（abcda）和II（a’b’c’d’a’），且兩條循環(huán)曲線所圍面積相等。設(shè)循環(huán)Ι的效率為，每次循環(huán)在高溫?zé)嵩刺幬臒崃繛镼，循環(huán)II的效率為'，每次循環(huán)在高溫?zé)嵩刺幬臒崃繛镼'，則（A）<',Q<Q',（B）<',Q>Q',（C）>',Q<Q',（D）>',Q>Q'.[B]第六十頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日3.理想氣體卡諾循環(huán)過程的兩條絕熱線下的面積大?。▓D中陰影部分）分別為S1和S2，則二者的大小關(guān)系是：（A）S1>S2； （B）S1=S2；（C）S1>S2；

（D）無法確定。[B]ADCB第六十一頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日4.一定量的理想氣體從體積V1膨脹到體積V2分別經(jīng)歷的過程是：AB等壓過程；AC等溫過程；AD絕熱過程,其中吸熱最多的過程。[A

]（A）是AB；（B）是A

C;（C）是AD；（D）既是AB也是AC,兩過程吸熱一樣多。做功最多？內(nèi)能增加最多？第六十二頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日5.一定的理想氣體,分別經(jīng)歷了上圖的abc的過程,（上圖中虛線為ac等溫線）,和下圖的def過程（下圖中虛線df為絕熱線）,判斷這兩個過程是吸熱還是放熱。[A]（A）abc過程吸熱,def過程放熱；（B）abc過程放熱,def過程吸熱；（C）abc過程和def過程都吸熱；（D）abc過程和def過程都放熱。第六十三頁，共七十三頁，編輯于2023年，星期日6.一定量某理想氣體所經(jīng)歷的循環(huán)過程是：從初態(tài)（V0，T0）開始，先經(jīng)絕熱膨脹使其體積增大1倍，再經(jīng)等容升溫回復(fù)到初態(tài)溫度T0，最后經(jīng)等溫過程使其體積回復(fù)為V0，則氣體在此循環(huán)過程中：（A）對外作的凈功為正值；（B）對外作的凈功為負(fù)值；（C）內(nèi)能增加了；（D）從外界凈吸的熱量為正值。

[B]第六十四頁，共七十三頁，編輯于2023