第二章热力学第一定律演示文稿

积V变化的函数关系式p=p(V)，然后代入公式， 就可以求出一过程所作的功； 4、我们讨论的都是体积功； 5、功还可以利用p-V图求出作功的大小，在图 中曲线下方所围成的面积就是功的大小，功的 正负由曲线上的箭头来判断。
例题：1mol理想气体，初态的压强、体积和温度 分别为p1、V1和T1。若体系经历一个压强与体积满 足关系p=aV的过程，其中a为常数，试求： （1）用p1、T1和R来表示常数a； （2）若系统经历此过程体积扩大一倍，则系统的 温度T为多少？在此过程中对外所做的功为多少？
§2.2 功
一、功是力学相互作用下的能量转移
力学相互作用：将力学平衡条件被破坏时所产生的对系统 状态的影响。
在力学相互作用过程中系统和外界之间转移的能量就是功。
热力学认为力是一种广义力，所以功也是广义功。
注意：
1）、只有在系统状态变化过程中才有能量转移。
2）、只有在广义力（如压强、电动势等）作用下 产生了广义位移（如体积变化、电量迁移等）后 才作了功。 3）、在非准静态过程中很难计算系统对外作的功。
三、准静态过程
如果一个热力学系统过程在始末两平衡态 之间所经历的之中间状态，可以近似当作 平衡态，则此过程为准静态过程。
注意
•准静态过程只有在进行的“无限缓慢” 的条件下才可能实现
•对于实际过程则要求系统状态发生变化的 特征时间远远大于弛豫时间才可近似看作 准静态过程。
准静态过程例子
无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力， 外界在准静态过程中对系统的作用力，可以用 系统本身的状态参量来表示。
当热力学系统的状态随时
间变化时，我们就说系统 在经历一个热力学过程， 简称过程。
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
二、非静态过程
1、弛豫时间：系统由非平衡态到达平衡态所 需要的时间称为弛豫时间。用τ表示
2、弛豫过程：由非平衡态到达平衡态的过程 称为弛豫过程。
3、非静态过程：在热力学过程的发生时，系 统往往由一个平衡状态经过一系列状态变化 后到达另一平衡态。如果中间状态为非平衡 态，则此过程称非静态过程。 作为中间态的非平衡态通常不能用状态参量 来描述。
4T1
No
ImAagVe2 pdV 2V1 aVdVIamVa2 2gV1e
V1
V1
2
V1
a 2
[例] 右图活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态
压缩或膨胀时，外界的压强Pe必等于此时气体的
压强P，否则系统在有限压
dx
差作用下，将失去平衡，
称为非静态过程。若有摩
擦力存在，虽然也可使过 S P
程进行的“无限缓慢”，
Pe
但Pe≠P。
显然作为准静态过程中间状 态的平衡态，具有确定的状 态参量值，对于简单系统可 用P—V图上的一点来表示 这个平衡态。系统的准静态 变化过程可用P—V图上的 一条曲线表示，称之为过程 曲线（右图）。
四、功是过程量
注意
三种过程的初、末状态相同， 但所作的功不同；说明功不仅 与初、末状态有关，而且与变 化的路径也有关，证明它不是 状态的函数，而是过程量。

五、理想气体在几种等值过程中功的计算 等温过程：
等压过程： 等体过程：
六、其它形式的功 1、拉伸弹簧棒所作的功
A
F
F
l0 l0+dl
2、表面张力功
x
dx
L
A
dA 2ldx dS
F
σ是表面张力系数
3、可逆电池所作的功
dA dq
a G
Cu
CuSO4
b
E
Zn 可 逆 电 池
ZnSO4
4、功的一般表达式
dWi Yidxi
x是 广义坐标，它是广延量，广 延量的特征是：若系统在相同情况下 质量扩大一倍，则广延量也扩大一倍。 如：体积，面积，电极化强度等。
准静态过程是一种理想的极 限，但作为热力学的基础， 我们要首先着重讨论它。
外界对系统的作用使系统的状态发生了变化， 这种相互作用的情况用力的情况来反映是不 方便的，有的时候甚至是不可能的，但是作 用的结果是使系统的能量发生了改变，作为 能量变化的量度是功，作为能量变化的主要 形式之一是热量的交换，因此，外界的作用 就是功和热的转移，从而使系统的状态发生 改变，为此，我们以后就以功和热为两条主 要线索来反映系统和外界的相互作用了。
Y是广义力，它是强度量，强度量 的特征是：当系统在相同情况下质量扩 大一倍时，强度量不变。如：压强，表 面张力，电场强度等。
七、对功的计算公式，有几点说明：
1、功不但与系统的初、末状态有关，而且与过 程有关，即功是过程量；
2、只适用于无摩擦的准静态过程； 3、用公式来计算功时，必须先找到压强p随体
第二章 热力学第一定律
§2.1 §2.2 §2.3 §2.4 §2.5 §2.6
§2.7 §2.8
热力学系统的过程 功 内能 热量 焦耳热功当量实验 热力学第一定律 理想气体的内能、热容和焓 热力学第一定律对理想气体 几种典型过程的应用 循环过程 技术上的循环实例
§2.1 热力学系统的过程
一、热力学过程
解：（1）由理想气体的状态方程，得
p1V1 RT1，而 p1 aV1 aV1V1 RT1，即 aRV12T1 Rp12T1
（2）初态： p1，V1，T1
p1V1 RT1
末态： p2， V2V1， T2 p22V1 RT2
而 p2aV 2R V121T2V12V R11T
T2No2pR2V1
22V R1T1V1 R
4）、功有正负之分。
二、功的表达式（体积功）
1、气体对外界所作的元功为： 所作的总功为：
dA pSdx pdV
A V2 pdV V1
2、外界对气体所作的功为：
A V2 pdV V1
三、功的图示
注意
当dV>0，即气体体积膨胀时，
则dA>0，作正功，系统对外界作功； 当dV<0，即气体体积压缩时， 则dA<0，作负功，外界对系统作功。
第二章热力学第一定律演 示文稿
教学基本要求
一 掌握内能、功和热量等概念 . 理解准静 态过程 .
二 掌握热力学第一定律，能分析、计算理 想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、 热量和内能的改变量 .
三 理解循环的意义和循环过程中的能量转 换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率 .
四 了解可逆过程和不可逆过程，了解热力 学第二定律和熵增加原理 .