大学物理热力学基础.ppt

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热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
1 系统的内能是状态量。如同 P、V、T 等量。
内能的变化：
只与初、末态有关，与过程无关。
理想气体 ：
一、内能、功、热(Internal energy, Work, Heat)
2 做功可以改变系统的状态（内能）
3 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，
热量传递可以改变系统的状态（内能） 。
微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热；
< 0 表示系统向外界放热。
传热的微观本质是分子的无规则运动能量从高温物体向低温物体传递。热量是过程量
分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。功是过程量。
等价
二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
STEP4
STEP3
STEP2
STEP1
对无限小过程：
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
符号规定：Q > 0 系统吸供热
W > 0 系统对外界作正功
E > 0 系统内能增加
另一种叙述：第一类永动机(  > 1) 是不可能制成的。
三、准静态过程（Quasi-static process）
系统状态的变化就是过程。
不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。
举例1：外界对系统做功
u
过程无限缓慢
外界压强总比系统压强大一小量 △P ， 就可以 缓慢压缩。
过程中的每一状态都是平衡态 (Equilibrium state )
举例2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热
系统T1
T1+△T
T1+2△T
T1+3△T
T2
从 T1 T2 是准静态过程
系统 温度 T1 直接与 热源 T2接触，最终达到热平衡，不是 准静态过程。
因为状态图中任何一点都
表示系统的一个平衡态，
故准静态过程可以用系统
的状态图， 如P-V图（或
P-T图，V-T图）中一条曲
线表示，反之亦如此。
V
P
o
等温过程
等容过程
等压过程
循环过程
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦成立)。
W＝1 Fdx = 1 PS  dx
V2
V1
W =  PdV
2
2
P
o
V1
V2
V
W
·
·
1
2
四、 W、Q、E的计算
(准静态过程，体积功)
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
F
· 功是过程量
·   P－V 图上过程曲线下的面积即
W的大小。
间接计算法 (由相关定律、定理)
1
由 Q＝E＋W
2
Q的计算
3
直接计算法
4
间接计算法
由 Q = E + W
ν：摩尔数，C：摩尔热容量
5
Q＝  C (T2 -T1)

i：自由度 (上式仅对刚性理想气体分子）
E =  ( ) R (T2 -T1)
i
2
(1)直接计算法
(2)间接计算法
由 Q = E + W