2.2热力学第一定律,焦耳实验

能无影响.
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例题：热一定律的简单应用
例 已知在101.3 kPa下, 18℃时1 mol Zn溶于稀盐酸时放出
151.5 kJ的热, 反应析出1 mol H2气. 求反应过程的W, U, H.
W =－p(V2－V1) =－n(g)RT =－n(H2)RT = －1×8.314×291.15J
U U 当状态发生改变，热 dU ( )V dT ( )T dV 力学能U的微变为全微分： T V
焦尔实验：
实验方法：将活塞打开， 左球高压气体向右球自由 膨胀，达到新的平衡态。 用精密温度计测量水温。
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焦耳实验的分析
实验结果: 气体膨胀前后, 水 浴温度未变.
结果分析: 水温T 不变, dT=0, δQ＝0 ; 空气自由膨胀, δW＝0 ; 可知 dU = Q+ W = 0 .
第二节：热力学第一定律 热力学第一定律的本质是能量守恒定律。 它表示系统的热力学状态发生变化 时系统的热 力学能与过程的热和功的关系。 本节主要学习内容：

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热力学第一定律 焦耳实验

1 热力学第一定律
热力学第一定律: 封闭系统热力学能的变化必定等于以传热 和作功的方式传递的能量. 隔离系统的热力学能恒定不变.
(n一定)
因
U U dU d T dV T V V T
得
U 0, V T
及
U p 0 T
也就是说：理想气体的热力学能不随着气体的体积和压 力变化。理气状态方程只有P、V、T三个参数，所以热力 学能U只和温度有关。
• 不区分 d 和 两种符号的使用;
• 将 Q 和 W 写成 Q 和 W;
• 将有限量和无限小量混写, 如 W =－pambdV.
1 热力学第一定律 热力学第一定律是对第一类永动机的否定.
(又要马儿跑, 又要马儿不吃草是不可能的. )
(天上不会掉下馅饼; 一份耕耘, 一份收获.)
了解：什么是第一类永动机
数学表达式:
U=Q+ W dU = Q + W Q W U 状态1 U1 Q W U
(封闭系统状态变化) (封闭系统状态微变)
状态2 U2
Q Q ; W W ; U = U = U2－U1 = Q + W = Q + W
1 热力学第一定律
学生在作业中几种常见的错误:
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4.4.2 焦耳实验的推论
推论一: 一定量理想气体的热力学能 只是温度的函数. U = f(T) (理想气体)
推论二: 一定量理想气体的焓也仅是温度的函数. H = U + pV = f (T) ( 理想气体 )
解释: 理想气体无分子间力,不存在分子间相互作用的势 能, 而分子的平动能、转动能和振动能又仅是温度的函数, 因此分子间距离亦即气体体积的大小对理想气体的热力学
第一类永动机就是一种既不靠外界提供能量， 本身也不减少能量，却可以不断对外作功的机器称 为第一类永动机，它显然与能量守恒定律矛盾。 历史上曾一度热衷于制造这种机器，均以失败 告终，也就证明了能量守恒定律的正确性。
4.4.1 焦耳实验
一定量组成确定不变的单相系统的热力学能是两个变量的 函数，通常U的函数选作T、V，则：U=U ( T,V )
= － 242 kJ
H = Qp =－151.5 kJ U = Q＋W =－151.5 kJ－2.421 kJ =－153.9 kJ