§5-1热力学第一定律.ppt

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1、第五章热力学基础前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计平均的方法，讨论了大量气体分子热运动的规律。本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变化时，热、功和内能的变化规律。热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一个状态,称为热力学过程。过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。平衡态1一系列非平衡态平衡态2一、准静态过程准静态过程：系统的每一个状态都无限接近于平衡态的过程(理想化的过程)。即准静态过程是由一系列平衡态组成的过程。准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似。§5-1热力学第一定律非静态过程：当系统宏观变化很快，每一状态都是非平衡态。←快非平衡态←缓慢接近平衡态非静态过程准静

2、态过程所以，实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程。统一于“无限缓慢”矛盾平衡即不变过程即变化只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。非静态过程准静态过程定义弛豫时间：系统由非平衡态到平衡态所需时间。怎样算“无限缓慢”过程进行时间t>>驰豫时间定义“无限缓慢”：例如，实际汽缸的压缩过程过程进行时间t=0.01秒驰豫时间=10-3秒可看作准静态过程所以无限缓慢只是个相对的概念。(p2,V2)(p1,V1)(p,V)准静态过程可以用过程曲线来表示：VOp一个点代表一个平衡态状态图(P－V图、P－T图、V－T图)上一条曲线代表一个准静态过程二功、内能、热量如何改变系

3、统的热力学状态呢？焦耳实验作机械功改变系统状态的焦耳实验AV作电功改变系统状态的实验结论：①改变系统状态的方式有两种：作功传热②作功、传热是相同性质的物理量，均是过程量．1功通过作功可以改变热力学系统的状态.计算一准静态过程中，气体的体积变化所做的功.u设气体的压强P,活塞面积s,气体作用在活塞上的力活塞移动dl距离时,气体作功准静态过程（状态1到状态2）气体对外界做功与过程有关。气体体积由V1变为V2时，系统对外作功在P-V图上可表示为过程曲线与横坐标轴之间的曲边梯形的面积。PV12气体体积膨胀，A>0，系统对外做正功；气体体积压缩，A<0，系统对外做负功。功与过程曲线的位置有关，即与路经

4、有关。功是过程量，不是态函数。作功是通过宏观的、有规则的运动（机械运动)来完成的能量交换.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。通过作功改变系统内能的微观实质是：2热量系统和外界之间存在温差时,就会有传热.热量传递也可以改变系统的状态.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：传热过程中所传递的热运动能量的多少。传热通过分子的无规则运动来完成的能量交换。功与热量的异同1）热量和功都是系统状态变化过程中伴随传递的能量，都与状态变化的中间过程有关，都是过程量，而不是态函数。3）功与热量的物理本质不同.1卡=4.18J，1J=0.24卡2）等效性：改变

5、系统热运动状态作用相同；定向运动能量无规运动能量无规运动能量无规运动能量作功传热3内能在一般情况下，内能只取决于系统的状态,可以表示为T、V的函数对于理想气体，内能仅是温度的函数对于刚性理想气体分子系统内能的增量只与系统起始和终末状态有关，与系统所经历的过程无关.2ab1**2ab1**当热力学系统的状态变化时，可以通过作功和传热等方式改变系统的内能。那么，在一个热力学过程中,系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加,一部分使系统对外界作功.准静态过程微小过程四、热力学第一定律对于任意过程1）热力学第一定律是热现象中能量转换和守恒定律。第一类永动机是不可能制成的。2）热力学第一定律适用于

6、任何系统的任何过程(非准静态过程亦成立),是自然界的普遍规律。+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功热力学第一定律的符号规定讨论例1系统从A→B→A经历一个循环，且EB>EA.(1)试确定A→B，以及B→A的功A的符号及含义；解：(1)AB,气体膨胀BA,气体压缩A1>0:气体对外做功A2<0:外界对气体做功(2)Q的符号如何确定；吸热(2)AB,放热(3)ABA:总功：BA,(3)循环总功和热量的正负例2搅拌盛在绝热容器中的液体，液体温度在升高，若将液体看做系统，则（1）外界传给系统的热量（2）外界对系统做的功（3）系统的内能增量等于零，大于零还是小于零。等于零大于

7、零大于零例3作功和传递热量对增加内能来说是等效的，但又有本质上的不同，如何理解解：对系统作功使其内能发生变化，是机械运动能量转化为分子热运动的能量。对系统加热使其内能增加，是把高温物体分子热运动热量传递给系统，并转化为系统的分子热运动能量。例4在p-v图上（1）系统的某一平衡态用（）来表示.一个点（2）系统的某一准静态过程用（）来表示.一条曲线（3）系统的某一准静态循环过程用（）来表示.一条闭合曲线