热力学1-2

热量
分子热运动能量
二、准静态过程
1、热力学过程 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状 态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 热力学过程 准静态过程 非静态过程
系统经历一个过程，状态发生变化，系统一定 经历非平衡态 平衡态 非平衡态 新平衡态
2.
准静态过程
系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有中间 态都可以近似地看作平衡态的过程。
等 p1 体 降 p2 压
p
Ⅰ ( p1 ,V , T1 ) Ⅱ
V
( p2 ,V , T2 )
o
V
o
E1
V
QV
E1
吸热过程
E2
QV
E2
放热过程
2. 等压过程
特征
Ap
V2
p
p 恒量
1
O V1
2
V2 V
V1
pdV p( V2 V1 )
M R( T2 T1 ) M mol
Q p E p(V2 V1 )
A1a 0
M i Q1a E1a RTa T1 M mol 2
5
1
0 10
50 V/L
i paVa p1V1 1.90105 J 2
a→2：等压过程
Aa 2
V2
P/atm
Va
V1
pdV p V
2
20
2
a
2
0.81 105 J
5 0 10
1 50 V/L
Ea 2
M i RT2 Ta M mol 2
i p2V2 paVa 2.03105 J 2
Qa 2 Aa 2 Ea 2 2.8410 J
5
对1→a→2过程：
A A1a Aa 2 0.8110 J
5
( p,V2 , T2 ) ( p,V1, T1 )
Ⅱ
Ⅰ
A
A
o
V1
V2 V
o
V2
V1 V
Qp
E2
E1
吸热过程
A
Qp
E1
放热过程
A
E2
3. 等温过程
特征
pV 恒量
恒量
T
p1 p2
p
dT=0，dE=0
.I .II
V1 V2 V
( dQ )T ( dA )T
QT AT pdV
O
V2 dV M M V2 RT RT ln V1 V M mol M mol V1
dE CV dT pdV RdT
－－迈耶公式
C p CV R
在等压过程，温度升高1K，1mol理想气体多吸收 8.31J的热量，用于对外做功。
3）比热容比

理想气体
Cp CV
绝热系数
i2 i
例1、20mol氧气由状态1变化到状态2所经历的过程如图 所示（1）沿1→a→2路径；（2）沿1→2直线。分别求 出这两个过程中的A与Q以及氧气内能的变化E2－E1。氧 气分子当成刚性分子理想气体看待。 P/atm 解： （1）1→a→2 a 20 2 1→a：等体过程
一、热力学第一定律 EB EA E 机械能守恒定律： AE
其中：
A Q AE
Q A E
Q E A
----热力学第一定律的普遍形式
dQ dE dA
----热力学第一定律微分形式
如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，
dQ dE pdV
1、基本概念
1）热容量：
dQ C dT
J K 1
表示升高1K所吸收的热量 2）比热容：单位质量的热容量
C MC 比
J K 1 kg 1
3）摩尔热容量：1mol物质的热容量（Cm）
M C Cm M mol
J K 1 mol 1
2、理想气体的摩尔热容量 1）定体摩尔热容
开尔文
卡诺
克劳修斯
12-1 内能 功和热量 准静态过程
一、基本概念
1、内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。
M i RT 理想气体： E M mol 2
状态量
2、内能改变的两种方式 1）做功 功是过程量 宏观功
作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。
2) 热量传递
热量是过程量
微观功
Q Q1a Qa2 0.9410 J
5
E E2 E1 E1a Ea 2 0.1310 J
5
（2）1→2
功为直线下所包围的面积。
1 5 A p1 p2 V1 V2 0.51 10 J 2
M i E R T2 T1 M mol 2 i p2V2 p1V1 0.13 105 J 2
热量是系统热能与外界热能转换的量度。
系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .
T1 T2
T1 T2
Q
功与热量的异同
1）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； 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 3） 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热 本身绝不是内能。
p
0
V 恒量
A=0
b T2
a T1 V
M i E RT M mol 2
M i RdT ( dQ )V dE M mol 2
M i QV E 2 E1 R( T2 T1 ) M mol 2
等 p2
p
Ⅱ ( p2 ,V , T2 ) Ⅰ
V
( p1 ,V , T1 )
体 升 p1 压
每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。
由一系列依次接替的平衡态组成。 对 “无限缓慢” 的实际过程的近似描述。
3、弛豫时间：
从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。
无限缓慢： 微小变化时间 >1 ,V1 , T1 )

pV C (恒量)
o
II ( p2 ,V2 , T2 )
i dQ dE dE RdT CV ( )V ( )V 2 dT dT i CV R 2 3 单原子理想气体 CV R 2 双原子理想气体 CV 5 R 2 多原子理想气体 CV 3 R
理想气体的内能：
M E CV T M mol
2）定压摩尔热容
dQ dE dV Cp ( )p p dT dT dT
M p1 RT ln M mol p2
M pV RT M mol
等温膨胀
等温压缩
p p1
p2
( p1 ,V1 , T ) Ⅰ
( p2 ,V2 , T )
p p1
Ⅱ
( p1 ,V1 , T ) Ⅰ
( p2 ,V2 , T )
A
V1
p2
A
V1
Ⅱ
V2
o
V2
V
o
V
QT
E
吸热过程
A
QT
E
放热过程
A
三 气体的摩尔热容量
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能 的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状 态不变，无功、热可言。
4）作功、传热在改变内能效果上一样，但有本质区别
作功：通过物体宏观位移来完成，是系统外物体的 有规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换。 功
宏观运动能量
分子热运动能量
传热：通过分子间的相互作用来完成，是系统外、 内分子无规则运动之间的转换。 分子热运动能量
M pV RT M mol
M i M R(T2 T1 ) R(T2 T1 ) M mol 2 M mol M i 1 RT2 T1 M mol 2
p
等 压 膨 胀
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 , T2 )
p
等 压 压 缩
Ⅰ
Ⅱ
p
Q E pdV
V1
V2
第一定律的符号规定
Q
E2 E1
内能增加 内能减少
W
系统对外界做功 外界对系统做功
+
系统吸热 系统放热
物理意义
1）包括热现象在内的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 .
二、热力学第一定律应用
1.等体过程
特征 dV=0
Q A E 0.6410 J
5
内能的变化与过程无关，是状态量； 功和热量随过程不同而不同，是过程量。
V
三、准静态过程的功和热量
1、机械功
dl
dA Fdl pSdl pdV
----体积功
p F
S
pe
光滑
A
dA
V2
V1
pdV
p
p1
I
b
功与过程的路径有关。 2、热量
p p2
a
II
Q MC比 (T2 T1 )
o V V V dV V V 2 1
12-2 热力学第一定律