2022-2023學(xué)年高二物理競賽課件：狀態(tài)函數(shù)-內(nèi)能

1狀態(tài)函數(shù)—內(nèi)能21.內(nèi)能U的引入絕熱過程：一個過程，其中系統(tǒng)狀態(tài)的變化完全是由于機(jī)械作用或電磁作用的結(jié)果，而沒有受到其他影響(僅僅只有功的相互作用的過程)。即：系統(tǒng)和外界之間沒有熱量交換的過程。絕熱過程的特點(diǎn)：系統(tǒng)經(jīng)絕熱過程(包括非靜態(tài)的絕熱過程)從初態(tài)變到終態(tài)，在過程中外界對系統(tǒng)所作的功僅取決于系統(tǒng)的初態(tài)和終態(tài)而與過程無關(guān)。3用絕熱過程中外界對系統(tǒng)所作的功Ws定義一個態(tài)函數(shù)U在終態(tài)B和初態(tài)A之差:

W=UB-UA

態(tài)函數(shù)U

稱為內(nèi)能，單位焦耳(J)物理意義：外界在過程中對系統(tǒng)所作的功能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能。內(nèi)能可表達(dá)為各部分內(nèi)能之和，即內(nèi)能是一個廣延量：

U=U1+U2+U3+……4熱力學(xué)第一定律：如果系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程不是絕熱過程，則定義熱量

:

Q=UB-UA-W

單位：焦耳即：

UB-UA=W+Q

物理意義：封閉系統(tǒng)經(jīng)歷絕熱變化時，連接兩個給定的平衡狀態(tài)間的所有可能的路徑的功相同；或在過程中通過做功和傳熱兩種方式所傳遞的能量都轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能。注意：內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，與系統(tǒng)由起始點(diǎn)到終止點(diǎn)所經(jīng)歷的過程無關(guān)，而功和熱量則是在過程中傳遞的能量，他們都與過程有關(guān)。熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。5注：熱力學(xué)第一定律微分表達(dá)式：dU=?Q+?W?Q和?W只是變化的微元，不是完整微分；熱力學(xué)第一定律表達(dá)式中，初態(tài)和終態(tài)是平衡態(tài)，中間過程不需要都是平衡態(tài)；絕熱系統(tǒng)與外界無熱交換，即?Q=0；孤立系統(tǒng)與外界既無熱量交換也無能量傳遞，即?Q=0，?W=0；內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，功和熱量是過程函數(shù)。6熱力學(xué)第一定律是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律，其表述為：自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個物體傳遞到另一個物體，在傳遞與轉(zhuǎn)化中能量的數(shù)量不變。熱力學(xué)第一定律的另一種表述：第一類永動機(jī)是不可能造成。72.內(nèi)能態(tài)函數(shù)的微觀解釋內(nèi)能是分子無規(guī)則熱運(yùn)動能量總和的統(tǒng)計(jì)平均值。分子無規(guī)則運(yùn)動的能量包括分子的動能、分子之間相互作用的勢能以及分子內(nèi)部運(yùn)動的能量。分子的動能和內(nèi)部運(yùn)動能量的統(tǒng)計(jì)平均值都與體積無關(guān)，分子間的相互作用能量與分子的平均距離有關(guān)，所以與體積有關(guān)。8內(nèi)能的概念還可推廣到處在非平衡狀態(tài)的系統(tǒng)。假設(shè)整個系統(tǒng)沒有達(dá)到平衡狀態(tài)，不過如果將系統(tǒng)分成若干個小部分，使每一部分仍然是含有大量粒子的宏觀系統(tǒng)，而每一部分卻都能保持在局部的平衡狀態(tài)，則系統(tǒng)的每一部分分別有內(nèi)能函數(shù)U1,U2…,根據(jù)內(nèi)能函數(shù)的廣延性質(zhì)，整個系統(tǒng)的內(nèi)能是各部分內(nèi)能之和:U=U1+U2+U3+……9五、狀態(tài)函數(shù)—焓H(Enthalpy)熱容量(HeatCapacity)：一個系統(tǒng)在某一過程中溫度升高1K所吸收的熱量稱為系統(tǒng)在該過程中的熱容量:摩爾熱容量：表示1摩爾物質(zhì)的熱容量:比熱：單位質(zhì)量的物質(zhì)在某一過程的熱容量:定容熱容量：定壓熱容量：

10（一）等容過程表示在體積不變的條件下內(nèi)能隨溫度的變化率。11引進(jìn)狀態(tài)函數(shù)焓