大学物理热力学教学活动课程教材

(3) 其它表述： 第一类永动机是不可能制成的
第一类永动机：系统不断经历状态变化回到初态， 不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功。
即： E 0
A
Q0
A0
E
违反热力学第一定律
第二节 热力学第一定律的应用
dV 0 等体过程
等值过程 dp 0 等压过程
绝热过程
dT 0 等温过程
dQ 0
一、等容过程（ dV = 0 ，V = C )
dA Fdl pSdl pdV
A V2 pdV 注意：非静态
V1
过程不适用
示功图： p - V 图上过程曲线下的面积
结论：在准
dA
静态过程中，
系统对外做
的功在数值
上等于P-V图
上过程曲线
下方的面积。
dV 0 A 0 dV 0 A 0 dV 0 A 0
思考： 是否 V2 V1
热量的传递称为传热。传热有三种方式：
热传导、对流、热辐射。
Q cM (T2 T1) cMT c 物质的比热容
摩尔热容：1摩尔物质在某一过程中温度变化1K时，
吸收或放出的热量。
摩尔热容：C c Q
注意：热量也是过程量
M T2
T1
C dT
M
C
T
等体摩尔热容：1摩尔理想气体在等容过程中温度变化
V2
V
（2）热力学第一定律的具体形式
V2
M
A pdV
V1
p(V2 V1)
RT
Q
M
C pT
Q pV E
E
M
CV T
（3）等压摩尔热容
由 Q M C T M iR T M RT
p
2
C p
(
Q M T
) dP0
i
2 2
R
C V
R
C p
5 2
实现
能量转换
机械 运动
热运动
量度 A
与温差相联系
热传递 通过分子碰撞实现 热运动 热运动 Q
在系统状态变化过程中，A、Q、△E之 间满足一定数量关系
这种关系就是包含热运动和机械运动范围的能量守恒与转 化定律 热力学第一定律
3 热力学第一定律
（1） 热力学第一定律的数学形式
Q (E E ) A
2
1
微变过程： dQ dE dA
准静态过程：dQ dE PdV
理想气体：
dQ M i RdT PdV
2
系统从外界吸收热量时,Q 0,反之Q 0
系统对外界作功时, A 0,反之A 0
系统的内能增加时 , E2 E1 0,反之E2 E1 0
(2) 物理意义：
热力学第一定律是涉及热运动和机械运动的能量 转换和守恒定律。
p
p2
（1） 过程方程
p1
P 常数 查理定律 T
O
2( p2,V ,T2 )
1( p1,V ,T1)
V
V
（2） 热力学第一定律的具体形式
V2
A pdV 0
吸热全部用于增加内能：
V1
M
Q CV T
E
Q
M
CV T
E M i RT
注意： E M iR T
2
2
适用于一切过程
（3）等体摩尔热容
同 学 们 好
第三章 热力学基础
结构框图
热力学系统 内能变化的
两种量度
功 热量
热力学
应用
第一定律 （理想气体）
等值过程 绝热过程
热力学 第二定律
（对热机效率 的研究）
循环过程 卡诺循环
第一节 热力学第一定律
一、热力学系统 外界
大量粒子组成的宏观、有限的体系。 与热力学系统比邻的周围环境称为外界。
开放系统 与外界有 m、E 交换
系统 封闭系统 与外界有 E 交换，无 m 交换
孤立系统 与外界无 E、m 交换
例
开放系统
封闭系统
绝 热
孤立系统
热力学：研究热力学系统的状态及其变化的规律。
二、状态参量 平衡态
1. 描述系统宏观性质的物理量：p、T、V、E ...
广延量 m, 有可加性， 如 V、E
强度量 无可加性，如 p、T
平衡态：无外界影响时，孤立系统的宏观性质不随时 间变化的状态，称为热力学平衡态。此时，状态参量 有确定的值。
（1）平衡态是一种理想模型，包括（力学、热学、化学）平衡 （2）平衡态和稳衡态
平衡态：孤立系统，无外界影响，状态不变 稳衡态：非孤立系统，受外界影响，状态不变，是非平衡态
CV
3 2
R
12.5 J mol-1 K-1
CV
(
Q M T
)dV 0
(
E M T
)dV 0
i 2
R
CV
5 2
R
20.8 J mol-1 K1
CV
6 2
R
24.9
J mol-1 K1
二、等压过程 ( dp = 0 p = C)
p
（1） 过程方程
p
V 常数 盖.吕萨克定律
T
o V1
理想气体
E
M
iபைடு நூலகம்2
RT
其中i:
R
: 理想气体摩尔质量 理想气体分子的自由度 : 理想气体普适恒量
T : 理想气体绝对温度
① 内能 E 是状态函数
内能变化 △E 只与初末状态
有关，与所经过的过程无关，
可以在初、末态间任选最简便
的过程进行计算。 ② 改变内能的方式 （2） 热量的计算
做功 热传递
热量：物体间由于温度差别而转移的能量
三、准静态过程
1.准静态过程
热力学系统的状态随时间变化的过程叫做热力学过程，简 称过程。按平衡性质分，热力学过程可分为：
准静态过程： 初态、末态及中间态无限接近平衡态 的过程。这是一种进行得非常缓慢的 过程（判据：弛豫时间）。
非静态过程：至少有一个态是非平衡态的过程。
2.准静态过程的功
F pS
1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
C CV
Q
T2 T1
M
CV dT
M
CV
T
等压摩尔热容：1摩尔理想气体在等压过程中温度变
化1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
C CP
Q
T2 T1
M
CPdT
M
CP
T
3. A 与 Q 比较
改变E的
方式
特点
与宏观位移相联系
做功 通过非保守力做功
在绝热过程中，外 界对系统所做的功仅取 决于系统的初、末状态。
2、系统的内能 热量 （1）系统内能 E
广义： 系统内所有粒子各种能量总和。 包括平动、转动、振动能量、化学能、原子能、
核能...等但，不包括系统整体运动的机械能。 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能。
实际气体 E E(T ,V ) M : 理想气体质量
p
则由1 2的任何过程A 0 ?
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
o
V
四、热力学第一定律 1.焦耳实验
如果一个系统经过一个过程， 其状态的变化完全由于 机械的或电磁的作用，则称此过程为绝热过程。在绝热过 程中外界对系统所做的功称为绝热功。 焦耳实验结果表明： 用各种不同的绝热过程使物体升高一定的温度， 所需的功 在实验误差范围内是相等的， 如图所示。