热学ppt9

例：做饭： 化学能→热能 摩擦生热：机械能→热能 电炉： 电能→热能 电灯： 电能→光能 迈尔（Mayer） ：1842 年提出了热—功转化 原理，提出了转化的数值关系： 1 卡（Cal）=4.184 焦耳（J）
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§9.3 热容量（heat capacity）
一. 热容（量）
定义系统温度升高1度(K)所吸收的热量为系统的
p=恒量
1 2
等压线

2
i C p R R -----定压摩尔热容 2
16
Summary
E
等容 等压 等温
iR T 2
A
Q
0
RT
CV T
pV2 V1
C p T
0
V2 m RT ln M V 1
17
Exe.9.2,p255 压强为 1.013105 Pa 时，1mol的水
E Q A
,
▲
热量（heat） 我们已经有了内能的定义，由此可以进一步
通过内能的变化来定义热量。 考虑一个只传热不作功的过程： E1 Q E2
外界不作功 系统
dQ Q
（E2 E1） 定义热量： Q 不作功
Q > 0 系统吸热， Q < 0 系统放热 有了功、热量和内能的度量，就可由实验给 出热力学第一定律了。
1
§9.1 准静态过程（quasi-static process）
热力学系统从一个状态变化到另一个状态 , 称为热力学过程（简称“过程”）。 过程进行的任一时刻系统的状态 并非 ?是平衡态。 始平衡态 一系列非 平衡态
末平衡态
热力学中，为能利用平衡态的性质，引入 准静态过程的概念。
2
平衡即不变
过程即变化
①等容过程 isochoric process V=Con. p A=0 V 2
QV E
A
V1
pdV
2
iR T2 T1 2
1
V
14
②等温过程 isothermal process T=con. RT 1 Q E A
p
p-V图上描点---双曲线
V

V
p
V1
V V+d V V2 V
8
dA F dr pSdl pdV =阴影条面积
*.气体膨胀所做的功：
V2
A
V1

pdV
过程线下 整块面积
F pS
dl
与过程有关--功是过程量
A>0系统对外界做功； A<0外界对系统做功。
压缩？
p 1
p
o
V1
dA
A
2
9
dV V2
V
9.3 热量，热力学第一定律
过程无限缓慢 tardiness
F
非平衡态到平衡态的过渡时 间transition time，即弛 豫时间relaxation time， 约 10 -3 秒 ，如果实际压 缩一次所用时间为 1 秒， 就可以说 是准静态过程。
外界压强总比系统压强大一小量 △P ， 就可以 缓慢压缩 compress tardily。
热容量，即： C d Q
dT
i v RdT dQ 2 定体热容量 CV （ ） （体积不变） V dT dT
定压热容量
iR R dT dQ 2 Cp （ ） p dT dT
（压强不变）
30
一摩尔物质温度升高1度(K)所吸收的热量叫
摩尔热容量， 即：
3.75 104 ( J )
Q L 4.06104 J
水内能的增加：E Q A 4.06 104 3.05 103 But，Δ T=0 ，Δ p=0
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Ex.9.3 已知acb过程A=356J，Q=560J 1.在adb过程中对外做功A=220J，吸热? 2.由ba返回a,外界对它做功A=282J，Q=？
5 3
a b:
A=0
ΔEab=Qab=νCmvΔT
= ν（5/2）R（Tb-Ta）
P （atm） 3 2 1
c’c
b
b ‘
a V
=（5/2）（PbVa-PaVa）=1246（J）
b c:
ΔEbc=νCmvΔT= ν（5/2）R（ Nhomakorabeac-Tb）
= -ν（5/2）R（1/2）Tb=-（5/4）PbVb=-935（J21 ）
p
等温线
dA AdV V2
1
2
V

1
2
dA pdV
V1
V2

V2
V1

RT
V
dV
o V 1
E=0
V2 A RT ln V1
p1 p1 vRT ln p1V1 ln Q T p2 p2
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③等压过程 isobaric process p=const p Q E A A pV2 V1 RT2 T1 A o iR V V V ΔE T2 T1 2 i Qp= A + E R R T2 T1 C p T2 T1
改变系统状态的方法：1.作功
2.传热
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因为状态图 diagram 中任何一点 point 都表示系统的 一个平衡态 equilibrium state，故准静态quasi-static state 过程可以用系统的状态图，如P-V图（或P-T图， V-T图）中一条曲线表示，反之亦如此。Vice versa
7 Qbc Cmp T R(Tc Tb ) 1309 ( J ) 2
Abc Pb (Vc Va ) 374( J ) [ Abc Qbc Ebc 374( J )]
全过程： P （atm） 3 2
c’c
b
A 374( J ) E 1246 935 311 (J ) Q 1246 1309 63( J )
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*.热力学第一定律
改变系统状态的方法：1.作功 2.传热
Q E A
符号规定： Q > 0 系统吸热或（ 向系统供热） A> 0 系统对外界作功 E > 0 系统内能增加 用于求不同过程的Q, ΔE, A 单位:J
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热力学第一定律表明： Q
E A
系统从外界吸收的热量等于系 统内能的 增量和系统对外界作功之和。
（heat， first law of thermodynamics）
传热也可以改变系统的状态。 通过温度差 传递的能量叫热量， 它用 Q 表示。 传热的微观本质是：
分子无规则运动的能量
碰撞
从高温向低温物体的传递
E2
一般情况
E1
A Q
实验表明，有：
Q (E2 E1 ) A E A — 热力学第一定律 A(= A, ) > 0 系统对外正作功，Q > 0 系统吸热 10
1 dQ Cm ( ) dT
定体摩尔热容量 CV , m 定压摩尔热容量
C p,
m
——摩尔数
i v RdT 1 dQ i 2 ( )V R dT dT 2
iR R dT 1 dQ iR 2 ( )p R dT vdT 2 31
Eab ' Cmv (Tb' Ta ) 311 (J ) [Eab ' Qab ' Aab ' 311 ( J )]
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b' c ' :
Qb 'c ' Eb 'c '
Ab'c' 0
P （atm） 3 2 1
c’c
b
5 R (Tc ' Tb ' ) 2
5 ( Pc 'Vc ' Pb 'Vb ' ) 623( J ) 2
全过程：
b ‘
a
V
A Aab ' Ab 'c ' 125 0 125( J ) E Eab ' Eb 'c ' 311 623 312( J ) Q E A Qab ' Qb 'c ' 623 436 187( J )
解：设初始状态为a，中间状态为b（b’），末状态c （c’）
（1）已知：ν=2.8/28=0.1Mole，
=1.013×105Pa，
Pa Ta=300K 依题意可得右图及如下推导和计算：
P （atm） 3 2 1
c’ c b’
b a V
20
Pa Va RT a, Va RTa / Pa 24610 (m )
1
b ‘
a
V
22
（ 2）
a b' :
Aab' Pa (Vb' Va ) 0.5PaVa 125( J )
P （atm） 3 2 1
c’ c
b a V
b’
7 Qab ' Cmp (Tb ' Ta ) R (Tb ' Ta ) 2 7 7 1 ( PaVb ' PaVa ) PaVa 436( J ) 2 2 2
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Ex2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
系统T1
从 T1
T2 是准静态过程
T1+△T
T1+2△T
T1+3△T