第八章 热力学第一定律8-1,2
8–2-热力学第一定律及其在理想气体特殊过程中的应用资料讲解
d Q P d U d W d U P d V d U R d T
dUCV,mdT
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d Q P C V . m d T R d T C V , m R d T
迈耶公式 CP,mddQ TPCV,mR
比热容比： CP,m CV,m
dQ PCP,m dT
如果是从同一初状态开始做等压膨胀到同一末状 态，对外做功是否相同？向外吸热是否相同？
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6．绝热过程 与外界无热量交换的过程
特征： dQ0
P
P1
1 (P1,V1,T1)
热一律 dW dU0
dWdU
P2
(P2,V2,T2) 2
dUCV,mdT
o V 1 dV V 2 V
绝热的汽缸壁和活塞
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5．等温过程
特征： T 常量
过程方程： PV 常量
dU0
热力学第一定律：
dQdWPdV
QW V2 PdV V1 P RT V
P
P1
I
P2
O
V1
II V2 V
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V2
QW
RTdV
RT
V V1
ln V 2 V1
RT ln P1
P2
等温膨胀
等温压缩
P P1
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一、热力学第一定律
QUW
P 1
系统从外界吸收的热量，
2
一部分使系统的内能增加，另一
第八章热力学基础
pV E dA
M RT
M
CvT
dE
Vdp pdV
pdV
M
M
Cv
RdT dT
R Vdp pdV pdV
Cv
CVVdp (CV R) pdV
P I
等温过程
II
绝热过程
V
C p pdV Vdp dp dV
CV
pV
pV const
ln
p
lnV
const
刚性多原子分子气体 i 6
5 1.67
3
7 1.40
5
8 1.33
6
§８-3 热力学第一定律用于理想气体
一 等容过程
dQv dA
dE dA
pdV
0
dQv
dE
Qv
E2
E1
M
Cv T
P II
A=0 IV
结论：等容过程中，系统吸收的热量完全用来增加热力学系 统的内能
二 等温过程
pV
const
V T 1
const
p T 1 const
讨论：同一初始状态气体的等温过程与绝热过程的比较
绝热过程p-V曲线的斜率
pV
const
(
dp dV
)Q
pA VA
等温过程p-V曲线的斜率
pV
const
(
dp dV
)T
pA VA
同一初始状态气体的绝热过程与等温过程相比，变化相同体 积时，绝热过程压强下降更快。原因是绝热过程对外做功， 依靠的是系统的内能的减小，而压强减小既由于气体动量的 减小，又由于气体密度的减小。等温过程对外做功，气体分 子的动量依靠对外吸收热量保持不变，压强的减小原因仅由 于气体分子密度的减小。
第八章热力学定律
第八章热力学定律本章学习提要1．理解热力学第一定律，知道热力学第一定律反映了系统内能的变化和系统通过做功及传热过程与外界交换的能量之间的关系。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
2．知道热力学第二定律的表述。
知道熵是描写系统无序程度的物理量。
热力学的两个基本定律是能量守恒定律和热力学第一定律。
热力学第二定律表述了热力学过程的不可逆性，即孤立系统自发地朝着热力学平衡方向——最大熵状态——演化。
这两个定律都是通过对自然界和生活、生产实际的观察、思考、分析、实验而得到的，这也是我们学习这两条基本定律应采取的方法。
人类的进步是与对蕴藏在物质内部能量的认识和利用密切相关的。
热力学定律为更好地设计和制造热机、更好地开发和利用能源指明了方向。
随着生产和科学实践的发展，人们逐步领悟到有效利用能源的意义，懂得遵循科学规律的重要性，从而更自觉地抵制违背科学规律的行为。
A 热力学第一定律一、学习要求理解热力学第一定律。
初步会用热力学第一定律分析理想气体的一些过程，以及生活和生产中的实际问题。
我们应聚焦于热力学第一定律的构建过程，理解它既包括内能的转换，也遵循能量守恒定律。
这一定律是通过对自然界以及生活和生产实际的深入观察、思考、分析和实验而得出的自然界中最基本、最普遍的定律之一。
通过学习热力学第一定律，我们能体会到它在科学史上的重要地位，并感受到它对技术进步和社会发展的巨大影响。
二、要点辨析1．热力学第一定律的含义和表式热力学第一定律涉及到能量的转化和能量守恒两个方面。
内能是物质内部大量微观粒子无序热运动所具有的能量形式。
一个物质系统的内能变化是由它与外部环境进行能量交换的结果，而这种能量交换可以通过两种方式实现：做功和热传递。
热力学第一定律揭示了系统内能变化(ΔU)与系统与外部环境交换的功(W)和热量(Q)之间的定量关系。
ΔU＝Q＋W。
2．应用热力学第一定律解题时，要注意各物理量正、负号的含义当热力学第一定律表示为ΔU＝Q＋W时，ΔU为正值，表示系统内能增加；负值表示系统内能减小。
传热学-第八章
2. 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Thermal Science)
关心的是热量传 递的过程，即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
系统从一个平衡态到 另一个平衡态的过程 中传递热量的多少。
热力学： tm
Φ
传热学： t ( x, y, z , )
Φ f ( )
空间飞行器重返大气层冷却；超高音速飞行器 （Ma=10）冷却；核热火箭、电火箭；微型火箭（电 火箭、化学火箭）；太阳能高空无人飞机
b c d
微电子： 电子芯片冷却 生物医学：肿瘤高温热疗；生物芯片；组织与器 官的冷冻保存 军 事：飞机、坦克；激光武器；弹药贮存
e
f
制
冷：跨临界二氧化碳汽车空调/热泵；高温
G.
B.
J.
Fourier , 1822 年）
F. B. Jaeger/ M.
Riemann/ H. S. Jakob
Carslaw/ J.
对流换热 （Convection heat transfer） 不可压缩流动方程 （M.Navier,1823年) 流体流动Navier-Stokes基本方程 (G.G.Stokes,1845年） 雷诺数(O.Reynolds,1880年） 自然对流的理论解（L.Lorentz, 1881年） 管内换热的理论解（L.Graetz, 1885年；W.Nusselt,1916 年） 凝结换热理论解 （W.Nusselt, 1916年） 强制对流与自然对流无量纲数的原则关系 （W.Nusselt,1909年/1915年） 流体边界层概念 （L.Prandtl, 1904年） 热边界层概念 （E.Pohlhausen, 1921年） 湍流计算模型 （L.Prandtl,1925年；Th.Von Karman, 1939年；R.C. Martinelli, 1947年）
热力学第一定律
萘的燃烧热的测定（4学时，对应理论第一章） 表面张力的测定（2学时，对应理论第八章） 硫酸亚铁铵的制备（2学时，对应理论第五章） 指导书：电子版 参考书:面向21世纪课程教材物理化学及各个版本的参考书。
基本要求:
本章要求理解热力学基本概念、热力学第一定律的表
达式及热力学能、焓的定义；掌握运用热力学数据计算系统
②符号：U
③包括：a. 分子间势能; c. 分子转动能; e. 电子运动能; ④性质：a. 状态函数；
b. 分子平动能; d. 分子振动能; f. 核能
b. 具有广延性； △U=U2- U1 c. 具有全微分性质：如单纯P V T变化，有两个状态 性质就可确定系统状态，内能可表示为：
U= f(T,V) dU = (∂U / ∂T ) v dT + (∂U / ∂V ) T dV
对于多种物质组成的系统，要用T、P、 n1、
n2、…来描述它的状态。
3、平衡态P9
（1）定义：
把处于某状态下系统与其环境之间的一切联系均被 隔绝，它的状态仍能不随时间而变化，则该状态是 系统的平衡态。
（2）对状态函数的影响：
仅当系统处于平衡状态时，各种状态函数才有唯一的值。
(3) 系统处于平衡状态应满足的条件：
1、定容热 QV
（1）定义：系统进行定容且不做非体积
功的过程中与环境交换的能量。
掌握
△U = QV + W = QV
或 δQV = dU
——系统恒容热等于系统内能的变化 。 （2）讨论：
①提供了一个测定状态函数的方法； ②提供了一个用状态函数变量计算非状态函数Q的方法；
2、定压热 QP
（1）定义：系统进行定压且不做非体积功的过
第八章第二节 热力学定律及能量守恒 气体
3．热力学第三定律 (1)内容：热力学零度不可达到． (2)热力学温度T与摄氏温度t的关系： T＝t＋______ K. 273.15
4．两类永动机 第一类永动机 不消耗能量却可 以源源不断地对 外做功的机器 违背能量守恒定 律，不可能实现 第二类永动机 从单一热源吸热， 全部用来对外做 功而不引起其他 变化的机器 违背热力学第二 定律，不可能实 现
热力学第一定律的应用
例1
(2010· 高考重庆卷)给旱区送水
的消防车停于水平地面，在缓慢放水
过程中，若车胎不漏气，胎内气体温
度不变，不计分子间势能，则胎内气
体( )
A．从外界吸热
B．对外界做负功
C．分子平均动能减小
D．内能增加
【解析】 缓慢放水过程中，胎内气
体体积增大、温度不变，内能不变， 由于不计分子势能，
2．热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述,都揭示 了大量分子参与宏观过程的方向性， 进而使人们认识到自然界中进行的涉 及热现象的宏观过程都具有方向性．
3．热力学过程方向性实例
特别提醒：热量不可能自发地从低温 物体传到高温物体，但在有外界影响 的条件下，热量可以从低温物体传到 高温物体，如电冰箱；在引起其他变 化的条件下内能可以全部转化为机械 能，如气体的等温膨胀过程.
(3)温标：常用的温标有 热力学温标 ____________和摄氏温标．
2．体积 (1)宏观上：容纳气体的______ 体积 (2)微观上：气体分子所能达到的____ 空间 (3)单位：国际单位为m3，且1 m3＝
3＝____ cm3. 103 dm106
3．压强 (1)宏观上：器壁单位面积上受到的 ______ 冲力 (2)微观上：大量气体分子单位时间作 用在单位面积上的______ 冲量 (3)单位：国际单位为帕，符号为Pa， 且1 atm＝__________Pa＝76 cmHg. 1.013×105
ch8热力学基础.
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
12
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
P(×105pa) 4
Aabc
d
2
a b
1
o 1
c
过程abcda吸热: Q = Ea-Ea+Aabcda = Aabcda=Aabc+ Ada =700 -3×4×102= -500J
第八章
热力学基础
1
基 本 内 容
1. 热力学第一定律——讨论过程中系统内能变 化与功和热量的关系。 2.热力学第二定律——讨论过程的方向性。 (自学)
2
§8-1 热力学第一定律
一 热力学过程的相关概念
热力学过程：当热力学系统的 状态随时间发生变化时，系统 经历了一个热力学过程。
缸内气体受压
非静态过程：从一个热力学平衡态转化到另一个热 力学平衡态所经历的中间状态是非平衡态的过程。 准静态过程： 准静态过程：从一个热力学平衡态转化到另一个热 力学平衡态所经历的中间状态为平衡态的过程。
10
能量守恒定律 热力学第一定律
能量守恒定律热力学第一定律
能量守恒定律是热力学中的基本定律之一，也称为热力学第一定律。
它表明，在任何系统中，能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能在不同形式之间转化。
换句话说，系统中的能量总量保持不变，即能量守恒。
这个定律适用于所有物理系统，包括热力学系统。
在热力学系统中，能量可以以多种形式存在，如热能、动能、势能、化学能等。
热力学第一定律表明，系统中的能量总量等于输入和输出的能量之和，即能量守恒。
因此，热力学第一定律可以用来描述热能的转移和转化。
例如，在一个封闭的容器中，当热源向其中输入热量时，其内部的能量总量增加，而当它向外界释放热量时，其内部的能量总量减少。
这个过程中，能量的总量始终保持不变。
总之，能量守恒定律是热力学中最基本的定律之一，它揭示了能量在物理系统中的本质和特性，具有重要的理论和实际意义。
- 1 -。
8热力学
习题及参考答案第八章 热力学 参考答案思考题8-1 “功、热量和内能都是系统状态的单值函数”这种说法对吗?如有错请改正。
8-2 质量为M 的氦气(视为理想气体)，由同一初态经历下列两种过程：(1)等体过程；(2)等压过程。
温度升高了ΔT ，要比较这两种过程中气体内能的改变，有一种解答如下：(1) 等体过程T C ME V V ∆∆μ= (2) 等压过程T C ME p p ∆∆μ=∵V p C C ，∴Vp E E ∆∆以上解答是否正确？如有错误请改正。
8-3 摩尔数相同的氦气和氮气(视为理想气体)，从相同的初状态(即p 、V 、T 相同)开始作等压膨胀到同一末状态，下列有关说法有无错误？如有错误请改正。
（1）对外所作的功相同； （2）从外界吸收的热量相同； （3）气体分子平均速率的增量相同。
8-4 一定量的理想气体，从p-V 图上同一初态A 开始，分别经历三种不同的过程过渡到不同的末态，但末态的温度相同，如图所示，其中A →C 是绝热过程，问：(1)在A →B 过程中气体是吸热还是放热？为什么？ (2)在A →D 过程中气体是吸热还是放热?为什么?8-5 在下列理想气体各种过程中，哪些过程可能发生？哪些过程不可能发生？为什么？(1)等体加热时，内能减少，同时压强升高； (2)等温压缩时，压强升高，同时吸热； (3)等压压缩时，内能增加，同时吸热； (4)绝热压缩时，压强升高，同时内能增加。
8-6 甲说：“系统经过一个正的卡诺循环后，系统本身没有任何变化。
”乙说：“系统经过一个正的卡诺循环后，不但系统本身没有任何变化，而且外界也没有任何变化。
”甲和乙谁的说法正确？为什么？8-7 从理论上讲，提高卡诺热机的效率有哪些途径？在实际中采用什么办法? 8-8 关于热力学第二定律，下列说法如有错误请改正： (1)热量不能从低温物体传向高温物体；(2)功可以全部转变为热量，但热量不能全部转变为功。
8-9 理想气体经历如图所示的abc 平衡过程，则该系统对外作功A ，从外界吸收的热量Q 和内能的增量ΔE 的正负情况为(A )ΔE >0，Q >0，A <0； (B )ΔE >0，Q >0，A >0； (C )ΔE >0，Q <0，A <0； (D )ΔE <0，Q <0，A >0。
新编物理基础学上册第8章课后习题(每题都有)详细答案
第八章8-1 如果理想气体在某过程中依照V=pa 的规律变化,试求：(1)气体从V 1膨胀到V 2对外所作的功;(2)在此过程中气体温度是升高还是降低?分析 利用气体做功公式即可得到结果，根据做正功还是负功可推得温度的变化。
解：(a) ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-===⎰⎰21222112121V V a dV V a pdV W v vv v (b) 降低 8-2 在等压过程中，0.28千克氮气从温度为293K 膨胀到373K ，问对外作功和吸热多少?内能改变多少?分析 热力学第一定律应用。
等压过程功和热量都可根据公式直接得到，其中热量公式中的热容量可根据氮气为刚性双原子分子知其自由度为7从而求得，而内能则由热力学第一定律得到。
解：等压过程: 2121()()mW P V V R T T M=-=- ()32808.31373293 6.651028J =⨯⨯-=⨯ ()()J T T C M m Q p 4121033.229337331.82728280⨯=-⨯⨯⨯=-=据J E W E Q 41066.1,⨯=∆+∆=8-3 1摩尔的单原子理想气体，温度从300K 加热到350K 。
其过程分别为(1)容积保持不变；(2)压强保持不变。
在这两种过程中求：(1)各吸取了多少热量；(2)气体内能增加了多少；(3)对外界作了多少功 分析 热力学第一定律应用。
一定量的理想气体，无论什么变化过程只要初末态温度确定，其内能的变化是相同的。
吸收的热量则要根据不同的过程求解。
解： 已知气体为1 摩尔单原子理想气体31,2V m C R M==(1) 容积不变。
()()J T T C M m Q V 25.62330035031.82312=-⨯⨯=-=根据E Q W W E Q ∆==+∆=,0,。
气体内能增量J E 25.623=∆。
对外界做功0=W .(2) 压强不变。
215()8.31(350300)1038.75,2p m Q C T T J M =-=⨯⨯-= J E 25.623=∆，J J J W 5.41525.62375.1038=-=8-4 一气体系统如题图8-4所示,由状态a 沿acb 过程到达b 状态,有336焦耳热量传入系统,而系统作功126焦耳,试求: (1) 若系统经由adb 过程到b 作功42焦耳,则有多少热量传入系统?(2) 若已知J E E a d 168=-,则过程ad 及db 中,系统各吸收多少热量?(3)若系统由b 状态经曲线bea 过程返回状态a,外界对系统作功84焦耳,则系统与外界交换多少热量?是吸热还是放热?分析 热力学第一定律应用。