热力学第一定律 ppt课件

取1摩尔气体, 由热力学关系式
可以得到
（2）
其中 , 和 ,分别为气休的摩尔内能、摩尔体积和定容摩尔热容量,T为气休的热力学温度,为了测定气体的 内能对体积的依赖关系, 焦耳曾于1845年做了如图所示的气体自由膨胀实验,容器A中充满被压缩的气体,容器B 为真空,A、B相联处用一活门C隔开, 整个装置放入量热器的水中。当活门C打开后, 气体将自由膨胀充满整个 容器。这就是著名的焦耳实验。焦耳测量了气体膨胀前后水的平衡温度,发现水的平衡温度没有改变。这一 结果说明两点, 第一,气体在膨胀过程中与水没有热量交换, 因而气体进行的是绝热自由膨胀过程；第二,膨胀 前后气体的温度没有改变。由第一点,根据热力学第一定律可知。气体的绝热自由膨胀是一个等内能过程,由 第二点再根据（2）式,有
即焦耳实验的结果表明气体的内能仅是温度的函数[5]。
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3.2热机及其效率
18世纪第一台蒸汽机问世后,经过许多人的改进,特别 是纽科门和瓦特的工作,使蒸汽机成为普遍适用于工业的 万能原动机,但其效率却一直很低,只有3%5%左右,95%以上 的热量都未被利用。其他热机的效率也普遍不高,譬如:液 体燃料火箭效率48%,柴油机效率37%,汽油机效率25%等等。
热力学第同一定律数量上不同比例的配合,与我3 国的五行说十分相似。但是人
1.2热力学第一定律的建立过程
在18世纪末19世纪初，随着蒸汽机在 生产中的广泛应用，人们越来越关注热和 功的转化问题。于是，热力学应运而生。 1798年，汤普生通过实验否定了热质的存 在。德国医生、物理学家迈尔在1841-1843 年间提出了热与机械运动之间相互转化的 观点，这是热力学第一定律的第一次提出。 焦耳设计了实验测定了电热当量和热功当 量，用实验确定了热力学第一定律，补充 了迈尔的论证。德国物理学家、医生迈尔： 热德力学第一国定律 物理学家、医生迈4 尔（JuliuRobert
热力学第一定律的表述
2.1热力学第一定律的文字表述
自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式， 它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递 给另一个物体，在转化和传递中能量的数量保持不变。 该定律就称为热力学第一定律，也称为能量转换与守 恒定律，这一定律也被表示为：第一类永动机（不消 耗任何形式的能量而能对外做功的机械）是不能制作 出来的。
2.2.2热力学第一定律的数学表达式
若将
推广为非绝热过程，系统内能增加还可来源
于从外界吸热Q，则
来自百度文库
（热力学第一定律一般表达式）
这就是热力学第一定律的数学表达式。前面已讲到，功和热
量都与所经历的过程有关，它们不是态函数，但二者之和却成 了仅与初末状态有关、而与过程无关的内能改变量了[4]。
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有用功(此即著名的卡诺定理),且该热机效率与工作物
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质无关,仅与热源温度有关,从而为热机的研究工作确定了
3.2.1热机
热机是指把持续将热转化为功的机械装置,热机中应用 最为广泛的是蒸汽机。一个热机至少应包含以下三个组成 部分:循环工作物质;两个或两个以上的温度不同的热源,使 工作物质从高温热源吸热,向低温热源放热;对外做功的机 置。热机的简化工作原理图如图1所示。
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3.热力学第一定律的应用
3.1焦耳实验
理想气体的内能仅是温度的函数, 即
（1）
这一规律称为焦耳定律，是一个很重要的定律, 它是理想气体宏观定义的两个条件之一。从微观角度很 容易理解, 因为理想气体忽略分子间的作用力, 不考虑分子问的相互作用势能。在宏观理论中, 一般是通过介 绍焦耳实验得到焦耳定律的。
热力学第一定律
热力学第一定律
亥姆霍兹
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目录
1 热力学第一定律的产生
1.1 历史渊源与科学背景
1.2 热力学第一定律的建立过程
2 热力学第一定律的表述
2.1 热力学第一定律的文字表述
2.2 数学表达式
➢ 2.2.1内能定理
➢ 2.2.2热力学第一定律的数学表达式
3 热力学第一定律的应用
3.1 焦耳实验
3.2 热机及其效率
热力学第一定➢律 3.2.1热机
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➢ 3.2.2热机循环
热力学第一定律的产生
1.1历史渊源与科学背景
人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利 用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。 中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行 说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物 的五种元素之一。
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2.2数学表达式 2.2.1内能定理
将能量守恒与转换定律应用于热效应就是热力学 第一定律，但是能量守恒与转化定律仅是一种思想， 它的发展应借助于数学。马克思讲过，一门科学只 有达到了能成功地运用数学时，才算真正发展了。 另外，数学还可给人以公理化方法，即选用少数概 念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点，层 层推论，建成一个严密的体系。热力学也理应这样 的发展起来。所以下一步应该建立热力学第一定律 的数学表达式。第一定律描述功与热量之间的相互 转化，功和热量都不是系统状态的函数，我们应该 找到一个量纲也是能量的，与系统状态有关的函数 热（力学第即一定律态函数），把它与功和6 热量联系起来，由此说
北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水 出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德 （Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气 并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主 要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明 确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不
人们一直在为提高热机的效率而努力,在摸索中对蒸汽 机等热机的结构不断进行各种尝试和改进,尽量减少漏气、 散热和摩擦等因素的影响,但热机效率的提高依旧很微弱。 这就不由得让人们产生疑问:提高热机效率的关键是什么? 热机效率的提高有没有一个限度?
1824年法国青年工程师卡诺分析了各种热机的设计方 案和基本结构,根据热机的基本工作过程,研究了一种理想 热机的效率,这种热机确定了我们能将吸收的热量最大限 度地用来对外做