第5章-I 熱力學(xué)第一定律 2014421

第五章熱力學(xué)基礎(chǔ)5.1熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用5.1.1熱量功和熱力學(xué)能5.1.3準(zhǔn)靜態(tài)過程5.1.2熱力學(xué)第一定律5.1.4理想氣體的等體、等壓和等溫過程5.1.5氣體的摩爾熱容5.1.6理想氣體的絕熱過程1.熱量（Q）

系統(tǒng)與外界之間由于溫度差異而傳遞的能量叫做熱量．熱力學(xué)系統(tǒng)在一定的狀態(tài)下，體系內(nèi)部能量（動(dòng)能+勢能）的總和(即內(nèi)能)。熱力學(xué)能是表征熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量．3、熱力學(xué)能（E）一、熱量、功和熱力學(xué)能2、功（W）區(qū)別于熱量以外的其它各種被傳遞的能量。

（2）熱力學(xué)能是狀態(tài)量，熱力學(xué)能增量只決定于系統(tǒng)的初態(tài)與終態(tài)，而與過程無關(guān)。即熱力學(xué)能是系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù)。（3）理想氣體的熱力學(xué)能變化只決定于系統(tǒng)初態(tài)和終態(tài)的溫度變化。理想氣體熱力學(xué)能是溫度的單值函數(shù)。說明（1）系統(tǒng)與外界相互作用方式（系統(tǒng)狀態(tài)改變的方式）作功改變系統(tǒng)狀態(tài)（增加物體能量）。AAQ傳遞熱量變系統(tǒng)狀態(tài)（增加物體能量）。說明：

1）對(duì)一個(gè)系統(tǒng)的能量改變而言，“作功”與“傳遞熱量”是等效的。 熱功當(dāng)量：1卡=4.186焦耳 2）“作功”與“傳遞熱量”的區(qū)別： “作功”將物體宏觀運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化成為分子熱運(yùn)動(dòng)的能量?！皞鳠帷笔峭ㄟ^微觀分子的相互作用完成能量轉(zhuǎn)換(傳遞)的。 3）功和熱量都是過程量。設(shè)外界對(duì)系統(tǒng)傳遞的熱量為Q，初始平衡態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)能為E1，末平衡態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)能為E2，狀態(tài)變化時(shí)系統(tǒng)對(duì)外做功W,由能量守恒：

系統(tǒng)從外界吸收的熱量，一部分用來增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能，另一部分用來對(duì)外作功。定律文字表述：QWE1E2系統(tǒng)外界二、熱力學(xué)第一定律

能量守恒定律在熱力學(xué)過程中的表述形式。（1）Q----系統(tǒng)吸熱為正，放熱為負(fù)。ΔE----系統(tǒng)熱力學(xué)能增加為正，減少為負(fù)。W----系統(tǒng)對(duì)外作功為正，反之為負(fù)。規(guī)定：熱力學(xué)第一定律數(shù)學(xué)表達(dá)式（2）對(duì)微小的狀態(tài)變化過程，定律表示為：三、準(zhǔn)靜態(tài)過程

（1）熱力學(xué)過程（狀態(tài)變化過程）：熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間變化的過程。1、概念（2）非靜態(tài)過程

當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化很快時(shí)，這個(gè)過程中每一狀態(tài)都是非平衡態(tài)，這樣的熱力學(xué)過程稱為非靜態(tài)過程（3）準(zhǔn)靜態(tài)過程系統(tǒng)狀態(tài)變化過程非常緩慢，在過程中每一時(shí)刻，系統(tǒng)的中間狀態(tài)都無限接近平衡態(tài)，該過程就可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。這是一種理想過程。例1：外界對(duì)系統(tǒng)做功u過程無限緩慢，無摩擦。

非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時(shí)間，即弛豫時(shí)間，約10-3

秒。

外界壓強(qiáng)總比系統(tǒng)壓強(qiáng)大一小量△P

，就可以緩慢壓縮。例2：系統(tǒng)（初始溫度T1）從外界吸熱從T1到

T2

是準(zhǔn)靜態(tài)過程系統(tǒng)T1T1+△TT1+2△TT1+3△TT2準(zhǔn)靜態(tài)過程在狀態(tài)圖上的表示

因?yàn)闋顟B(tài)圖中任何一點(diǎn)都代表系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)，故準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如P-V圖（或P-T圖，V-T圖）中一條曲線表示,反之亦如此。PV2、準(zhǔn)靜態(tài)過程中系統(tǒng)對(duì)外界作功V1V2dVpbSapV元功總功熱一律做功=所圍面積？baV1V2pV注意：

（2）功是“過程量”，系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)，對(duì)外做的功不僅取決于始末狀態(tài)，而且與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程有關(guān)。（1）做功公式適用于任意形狀的氣體系統(tǒng)。（3）對(duì)微小的狀態(tài)變化過程，定律表示為：例.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)a沿acb變化到狀態(tài)b，有334J的熱量傳遞給系統(tǒng)，而系統(tǒng)對(duì)外作的功為126J．

（1）沿曲線adb時(shí),系統(tǒng)作功42J，問有多少熱量傳遞給系統(tǒng)？

（2）當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)b沿曲線bea返回到狀態(tài)a時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功84J，問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞了多少熱量？（3）若Ed-Ea=167J，求系統(tǒng)沿ad及db變化時(shí)，各吸收了多少熱量？解:

（1）若沿曲線adb時(shí)，系統(tǒng)作功42J，問有多少熱量傳遞給系統(tǒng)？

（2）當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)b沿曲線bea返回到狀態(tài)a時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功84J，問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞了多少熱量？負(fù)號(hào)表示放熱

（3）若Ed-Ea=167J，求系統(tǒng)沿ad及db變化時(shí)，各吸收了多少熱量？Ed-Ea=167J四、熱力學(xué)定律對(duì)理想氣體等值過程的應(yīng)用1.等體過程ＰＯV１２V等體過程:系統(tǒng)體積在狀態(tài)變化過程中始終保持不變

等體過程中，系統(tǒng)對(duì)外不作功，吸收的熱量全用于增加內(nèi)能。特點(diǎn)：(3).過程曲線V=常量2等壓過程等壓過程:系統(tǒng)壓強(qiáng)在狀態(tài)變化過程中始終保持不變。特點(diǎn)：（2）熱一律表示為：(3).過程曲線p=常量3.等溫過程

等溫過程:系統(tǒng)溫度在狀態(tài)變化過程中始終保持不變特點(diǎn)：pV=常量(3).過程曲線12吸收的熱量全部用于對(duì)外做功(d)Q=0?五、氣體的摩爾熱容1、比熱定義：單位質(zhì)量的物質(zhì)的溫度改變1K時(shí)所吸收或放出的熱量，稱為比熱。用c表示2、摩爾熱容定義：1摩爾物質(zhì)的溫度改變1K時(shí)所吸收或放出的熱量。用C表示3等體摩爾熱容說明（1）理想氣體的等體摩爾熱容是一個(gè)