罗益民大学物理之5热力学基础PPT课件

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5-2 热力学第一定律对理想气体的应用
一、四个基本过程
1.等容过程
p
dQdEpdV
b T2
V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，
(dQ )V
dEi RdT
2
0
a T1 V
Q VE 2E 12 iR (T 2T 1)
E i RT
2
则定容摩尔热容为
CV
(dQ)V dT
Baidu Nhomakorabeai R 2
ECVT
ECVT
W dW V2pdV V1
dV 0,dW 0, 系统对外作正功；
dV 0,dW 0, 系统对外作负功； dV 0,dW 0, 系统不作功。
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2、体积功的图示
p
I• b
p
a
•II
W V2 pdV V1
由积分意义可知，功的大小等 于P—V 图上过程曲线p(V)下 的面积。
o V 1 V VdVV 2 V
pVRT
等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加 系统的内能，一部分用来对外做功。
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Qp(2 i RR)T (2T1)
定压摩尔热容为
CV
(dQ)V dT
i R 2
Cp(dd)Q T p2 iRRCVR 迈耶公式
在等压过程，温度升高1度时，1mol理想气体多 吸收8.31J的热量，用来转换为膨胀时对外做功。
(dQ)m dT
Cm (摩尔热容)：1mol物质升高dT所吸收的热量
摩尔物质吸收的热量
Q C m (T 2T 1)M M mo C lm (T 2T 1)
摩尔热容Cm和热量 Q 均为过程量
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定容摩尔热容
CV
(dQ)V dT
QC v(T 2T 1)M M mo C lv(T 2T 1)
定压摩尔热容
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
例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，气
体的体积，密度，温 度
或压强都将变化，在过
程中的任意时刻，气体
各部分的密度， 压强，
温度都不完全相同。
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准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过 程中所有中间态都无限接近于一个平衡态的过程。
E>0,系统内能增加，E<0,系统内能减少。
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对无限小过程
热力学第一定律
dQdEdW 的普遍形式
对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体积 的变化来实现的，则
dQdEpdV
QE V2pdV V1
热力学第一定律另一表述： 制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需 要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器) 是不可能的。
绝热过程系统对外做功：
WV V1 2pdVp1V1V V1 2V dV p2V2V V1 2V dV 或 W E C V T 2 iR (T 2 T 1 )
非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过
程中所有中间态为非平衡态的过程。
p－V图上，一点代表一个 p
平衡态，一条连续曲线代
I(p1,V1,T1)
•
表一个准静态过程。 这条曲线的方程称为过程方程，
准静态过程是一种理想的极限。o
•
II(p2,V2,T2)
V
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二. 内能、功和热量 热力系的内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和， 系统的内能是状态量,是热力系状态的单值函数。
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dQdEpdVp 1
2. 等压过程 p=恒量
2
(dQ)p dEpdV
O V1
V2 V
Q p E 2 E 1 V V 1 2 p d2 iV R ( T 2 T 1 ) p ( V 2 V 1 )
2 iR ( T 2 T 1 )R ( T 2 T 1 )(2 iR R )T 2 ( T 1 )
内能的改变只决定于初、末状态而与所 经历的过程无关。
理想气体 E M i RT Mmol 2
理想气体的内能就是理想气体的热能.
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准静态过程的功
dx
1、体积功的计算 当活塞移动微小位移dx时， 系统对外界所作的元功为：
p FS
光滑
dW Fd p xSdpxdV
系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：
等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外
做功，系统内能保持不变。
等温过程摩尔热容为无穷大，即CT=∞。
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4. 绝热过程
绝热过程：系统不与外界交换热量的过程。特征：Q=0
由热力学第一定律，dQdEdW QEW
Ws E, p d V d E C V d T( 1 )
由理想气体状态方程，
p V R T ,p d V V d p R d T( 2 )
Cp
(dQ) p dT
Q C p(T 2T 1)M M mo C lp(T 2T 1)
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三、热力学第一定律
Q吸EW 系 对 外
热力学第一定律 的普遍形式
热力学第一定律是普遍的能量转换和守恒定律的 一个具体体现，它适用于任何热力学过程。
规定
Q>0，系统吸收热量；Q<0,系统放出热量； W>0,系统对外作正功；W<0,系统对外作负功；
(1),(2)两式联立，消去dT得，
p d V V d p Rp d V ,C V R p d V V d p 0
即dp p
dV V
0,C V dpp
C V dVV ,
lnplnVC, 所 以 pV 常 量
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理想气体准静态过程绝热方程为：
pV 恒量
V 1T 恒量
绝热方程
p 1T 恒量
第五章 热力学基础
5-1热力学第一定律
热力学系统（热力学研究的对象）： 大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。 外界：热力学系统以外的物体。 系统分类（按系统与外界交换特点）：
孤立系统：与外界既无能量又无物质交换 ：与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换
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一、准静态过程
绝热系数
Cp
i2 CV i
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. dQdEpdV
3. 等温过程
p1
p
I
T=恒量，dT=0，dE=0。
QT WT pVRT p2
.II
W Tp V p p 1 V 1d p 2 V V 2 R 常 量 V V T 1 2d VV OR V1lT n V V 1 2 V2 V
Q TW TR TlnV V 1 2R Tlnp p1 2
比较 a , b下的面积可知，功的数值不仅与初 态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态， 功与过程的路径有关。 ——功是过程量
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热量:
系统通过热传递过程与外界交换的能量称为热量，记为Q；
热量与功一样是过程量 Q＞0 系统从外界吸收热量； Q＜0 系统向外界放热。
热容量
C dQ dT
摩尔热容
Cm