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1、第六章热力学基础§6-1内能功热量一、内能内能：物体屮所有分子无规则运动动能+势能（分子振动势能、相互作用势能）。内能E/E=E（P,V）真实气体：/E=£（V,T）v（E=（T,P）（T,P,V中有2个独立）理想气体：e=e（t）=--rt=-pv“22说明：⑴E是状态的单值函数，由（7P,V）决定（八PW中只有2个独立变量）,nE为态函数，其增量仅与始末二状态有关，而与过程无关。⑵理想气体，E=E（T）是温度的单值增加函数。二、功与热量的等效性焦耳曾经用实验证明：如用做功和传热的方式使系统温度升高相同时，所传递的热量和所做的功总有一定的比例
2、关系，即1卡热量二4.18焦耳的功可见，功与热量貝•有等效性。由力学知道。对系统做功，就是向系统传递能量，做功既然与传热等效，则向系统传热也意味着向系统传递能量。结论：传递能量的两种方式/做功（传热说明：做功与传热虽然有等效的希，但本质上有着区别。区别/做功：通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动与系统内分子无规则运/动Z间的转换。从而改变内能。传热：通过分子间相互作用完成。作用是外界分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。从而改变了内能。§6-2热力学第一定律一、热力学第一定律一般情况下，当系统状态发主变化时，作功和传热往往是同时存
3、在的。设有一系统,外界对它传热为Q,使系统内能由E、tE2,同时。系统对外界乂作功为W,那么用数学式表示上述过程，有：q=(6-1)上式即为热力学第一定律的数学表达式，它表明：系统吸收的热量，一部分用来增加内能，一部分用来对外作功。对微小过程：dQ=dE+dW(6-2)说明：⑴热力学第一定律就是能量转化与守恒定律，它是自然界屮的一个普遍规律。它也可表述为“笫一种永动机是不可能制造成功的。”⑵系统状态变化过程中，功与热之间的转换不可能是直接的，总是通过物质系统来完成。向系统传递热量，使系统内能增加，再由系统内能减少来对外作功；或者外界对系统作功，使系
4、统内能增加，再由内能减少，系统向外界传递能量：功亠匚热量⑶热力学第一定律对各种形态的物质系统都适用。只要求初始二态为平衡态，而中间过程可是平衡过程，也可以是非平衡过程。⑷W、Q、M的符号意义：W>0系统对外界作功；/v0外界对系统作正功；e>o系统吸热；t<0系统放热；A£>0系统内能增加；〈<0系统内能减少。二、气体的功如图6-1所示，气体在汽缸中，压强为P,活塞面积S,活塞移动d/时，气体经历的微小变化过程，P视为处处均匀，且不变，气体对外(活塞)作功为图6-1dW=Fdl=PSdl=PdV(气体体积增量)二阴影面积从aTb：W=JdW=fP
5、dV二曲线下面积w=『PcIV（6-3）结论：⑴不仅与始末二状态有关，且还与过程有关。（如图6-2屮，实线与虚线过程从a—b中的功不同，这由曲线下面枳比较可知）・・・功为过程量。图6-2⑵由Q=（E2-Ei）+W知<2=（£2-£1）+fPdVW是过程量/.Q也是过程量说明：dW=PdV•.*P>0・・・dV/>0tdW>0系统对外界作功0系统对外界作功;bia时：W<0外界对系统作功.§6-3热力学第一定律在理想气体的等值过程中的应用热力学第一定律是一条普遍的自然规律，应用很广泛。本节仅讨论理
6、想气体在等容、等温及等压过程中的应用。一、等容过程设一汽缸,活塞固定不动,有一系列温差微小的热源7],E迅,…（人<丁2<§•••）汽缸与他们依次接触，则使气体温度上升，P也上升，但V保持常数，这样的准静态过程，热源〜图6-3"二常数]♦•R等客线图6-4称为等容过程，P-V图上的线称为等容线。等容过程：⑴特点：dV=O⑵功：W=PdV=0⑶热力学第一定律：dQv=dE（微小过程）MiQ—严——R（T2—TJ（有限过程）（6-4）_“2结论：等容过程中，外界传给气体的热量，全部用来增加气体内能。气体对外作功二0。二、等温过程设一汽缸，活塞上放置沙粒
7、，汽缸与恒温热源接触。现在沙粒一粒一粒地拿下，则气体与外界压强差依次差一微小量，・・・v要增大及丁二常数，・・・P耍减小，这样的准静态过程即为等温过程。P-V图上的线称为等温线。PV=const，•:等温线为双曲线的一支，并且T＞T时，厂对应曲线比T对应的曲线离原点较远。等温过程：⑴特点：dT=O⑵内能变化：E2-E}=0⑶热力学第一定律：dQr=dW=PdV(微小过程)Qt=W=£PdV=£—RT-=^-RT^dV=^RTln^//•>-.V//V,T=・囂数Qr7/恒温热源T图6-5（6-5）即Qr=W=-RT^-(P1V.=p2V,)结论
8、：等温过程中气体吸收的热量全部用來对外作功,气体内能不变。三、等压过程汽缸活塞上的a码保持不动，令汽缸与一7],巧迅，…⑺
