大学物理热力学第一定律(老师课件)

一、准静态过程（quasi-static process） 状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过
程中的每一个中间状态都无限接近于平衡态。
是由一系列依次接替的平衡态组成。
1.准静态过程是一个理想化的过程。
是实际过程的近似。
• 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可 看作是平衡态。 所以，实际过程仅当进行得
dl
功的计算：由功的定义
Sp
dA=Fdl= pS dl = pdV
F
膨胀 →dV ＞ 0，dA ＞ 0 → 系统对外作功(正功)
压缩 →dV ＜ 0，dA ＜ 0 →外界对系统作功(负功)
系统体积由V1到V2，系统对外作功为:
V2
A dA PdV
V1
三、 准静态过程体积功的图示法
(1) p-V图上过程曲线下的小长条 p
C
1 v
dQ dT
1.定体摩尔热容量 CV C是过程量 2.定压摩尔热容量 C
摩尔数:
1 v
dQ ( dT )V
p
1 v
dQ (dT ) p
m M
三、热量的计算
d Q C dT
C
1 v
dQ dT
若有限过程中C=const .，则有
Q C ΔT
Q也是过程量，其值可正可负。
Q>0，系统吸热;
Q<0，系统放热。
I（E1）
面积表示元功，总面积表示总功。 p
dA pdV
II（E2）
准静态过程的功等于p-V图上 过程曲线下的面积值。
O V1 dV V2
V
V2
(2) 功是过程量。例：
A PdV
V1
p (p1,V1)
p (p1,V1)
p (p1,V1)
(p2,V2)
V
(p2,V2)
V
(p2,V2)
V
p
p
1
c
b
a
d
Q baEaEbAba O
V
Aba84J
Qab29J4
EbEa 210
Q E A ◆ 热力学第一定律适用于任何
dQ = dE+ dA 热力学系统、任何热力学过程
若为准静态过程
dQ dE PdV
V2
Q E PdV
若为理想气体
V1
dQ i RdT dA
2
Q i RT A
•系统从外 界吸热 Q
8.4 热力学第一定律
使系统内能增加 E
用于系统对外作功 A
系统在任一过程中从外界吸收的热量等于 系统内能增量与系统对外作功之和。
Q =△E + A = (E2－E1)+ A
讨论 ◆ 热力学第一定律的符号规定
Q
E2 E1
A
系统吸热 内能增加 系统对外界做功
系统放热 内能减少 外界对系统做功
无限缓慢时才可看作是准静态过程。
2.过程曲线 准静态过程可用过程曲线表示。
p
状态图(P－V图、P－T图、 V－T图)上：
p1
1 (p1,V1,T1)
• 一个点代表一个平衡态； p 2
• 一条曲线代表一个准静
态过程。
o V1
2 (p2,V2,T2)
V2 V
二、 准静态过程中体积功的计算
系统从初态 P1 V1 末态P2 V2
实验: 1. 从外界传热 2. 利用外界作功
T1 T2
结论： 1)改变系统状态(E)的方式有两种 2)功、热量是相同性质的物理量
均是 过程量
作功 传热
8.2 准静态过程功的计算
•过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。
初平 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(quasi-static process) 的概念。
第一类永动机：不需消耗内能，也不需对 系统传热，却能不断对外作功的机器。
设想的“永动机” 1
设想的“永动机” 2
结论：“要科学，不要永动机！”—焦耳
例.用热一律求不同过程的热量(或求内能,求功).
由a状态沿acb到达b状态,吸热80卡,系统作功126J.
①经 adb 过程, 作功42J, 吸热为多少？ p
c
b 解: ① adb过程中的热一律:
a
d
Qad bEbEaAadb
O
V
Qac bEbEaAacb Aadb42J
Aacb12J6
EbEa21J0
Qacb804.2J
Qadb25J2
②由ｂ状态沿曲线 ba 返回状态 a 时,系统
作功-84J, 系统是吸热还是放热？热量传递
多少？
p
•ab过程中的热一律:
A
2
O
A V1 V2
V
O
V
功是过程量, 其值依赖于过程, 其值可正可负.
A>0,系统对外作功; A<0,外界对系统作功.
正循环(顺时针)， A>0
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
逆循环(逆时针) ，A<0
[例] 理想气体的状态变化遵从pV2=B的规律(B 为常量)，则当体积由V1膨胀至2V1时，气
体对外做功A=.
解： A
2V1 pdV
8.5 理想气体的等值过程 一、作功A=0的过程---等体(等容)过程
•在p-V图上表示为一竖线
①系统作功A, 内能E, 吸热Q
l系统对外作功:
V=恒量，dV=0
A
II
pdV 0
I
l系统内能改变:
V1
2V1 B dV
V V1
2
B 2V1
8.3 热量的计算
热量是传热过程中所传递能量多少的量度。
准静态过程中, TT+dT，物质吸收热量 dQ
一、物质的热容量
物质温度升高1度所吸收的热量，即
热容量是过程量 可以 >0 = 0
c
dQ dT
<0
二、摩尔热容量
1mol 物质温度升高1 度所吸收的热量，即
8.1 功 热量
一、热力学过程
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。
热力学过程的分类
1. 准静态与非静态过程（经历的各状态是
否是平衡状态）
2. 等值过程 （状态参量的取值情况）
3. 绝热过程
（与外界的关系）
4. 可逆与不可逆过程（自发与非自发）
二. 改变热力学状态的两种能量交换形式
2
若为理想气体准静态过程
dQ i RdT PdV
2
Q
i
RT
V2
p dV
2
V
热一律在理想气体准静态过程中的应用
Q2iR(T2T1)V V12pdV
•作功多少？ •内能怎样变化？ •与外界有能量交换吗？
(P1,V1,T1)
•作功为零的过程A=0 ------等容 •内能不变的过程△E=0 -----等温 (P2,V2,T2) •与外界没有能量交换的过程Q=0 -----绝热 •都不为零的过程 ----等压
系统在任一过程中从外界吸收的热量等于 系统内能增量与系统对外作功之和。
讨论
Q =△E + A = (E2－E1)+ A
◆微小过程 dQ = dE+ dA
——热一定律的微分形式
◆热力学第一定律是热现象中能量转化与守恒的定 律，适用于任何系统的任何过程(非准静态过程亦成
立)。它指出第一类永动机是不可能制成的。