熱力學第一定律熱力學第二定律

熱力學第一定律熱力學第二定律第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月11.熱力學系統(tǒng)：熱力學研究的對象稱為熱力學系統(tǒng)（研究氣體系統(tǒng)），其它均稱為外界。一、基本概念2.熱力學過程:狀態(tài)隨時間變化的過程（1）按過程中經(jīng)歷的各個狀態(tài)的性質(zhì)分類:準靜態(tài)過程（平衡過程）：初態(tài)、每個中間態(tài)、終態(tài)都可近似地看成是平衡態(tài)的過程。

非靜態(tài)過程（非平衡過程）：只要有一個狀態(tài)不是平衡 態(tài)，整個過程就是非靜態(tài)過程。第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2（2）按過程的特征分類:

等容過程：dV=0等壓過程：dP=0等溫過程：dT=0

絕熱過程：dQ=0，Q=0

循環(huán)過程：

dE=0E終態(tài)=E初態(tài)第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月3PV圖上一條線，表示一個平衡過程。PV圖上一個點，表示一個平衡狀態(tài)。3．過程曲線改變內(nèi)能的方法外界對系統(tǒng)作功（或反之）。外界對系統(tǒng)傳熱（或反之）。4．功、熱量、內(nèi)能PV非平衡態(tài)，非平衡過程不能在PV圖上表示??！第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月4二、功（準靜態(tài)過程的功）★

特點：（不僅與始末兩態(tài)有關(guān)，而且與經(jīng)歷的中間過程有關(guān)）過程量★氣體對外界所做的元功★

氣體體積從V1變化到V2時，系統(tǒng)對外界做的總功第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月5

外界對系統(tǒng)作功，A為負。10此過程所作的功反映在P-V圖上，就是曲線下的面積。1V2V12系統(tǒng)對外界作功，A為正。20上圖：系統(tǒng)對外界作了功，系統(tǒng)的狀態(tài)

變了，內(nèi)能也變了?！肮Α笔窍到y(tǒng)內(nèi)能變化的量度，PVdV符號法則：注意：

功不僅與初、末態(tài)有關(guān)，還與過程有關(guān)

是過程量。第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月6三、熱量★

特點：過程量（有不同的摩爾熱容量）系統(tǒng)吸熱，Q為正。系統(tǒng)放熱，Q為負?！锓柗▌t：（不同的過程有不同的熱量）★

摩爾熱容量Cm：一摩爾物質(zhì)溫度升高1K時系統(tǒng)從外界吸收的熱量。第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月7四、內(nèi)能狀態(tài)量★特點：(只與始末兩態(tài)有關(guān)，與中間過程無關(guān))★氣體的內(nèi)能第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月810

作功和傳熱對改變系統(tǒng)的內(nèi)能效果是一樣的。（要提高一杯水的溫度，可加熱，也可攪拌）20

國際單位制中，功、熱、內(nèi)能單位都是焦耳（J）。（1卡=4.18焦耳)30

功和熱量都是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度,但功和熱本身不是內(nèi)能。內(nèi)能：態(tài)函數(shù),系統(tǒng)每個狀態(tài)都對應著一定內(nèi)能的數(shù)值。功、熱量：只有在狀態(tài)變化過程中才有意義，狀態(tài)不

變，無功、熱可言。注意

：第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月9五、熱力學第一定律★

微分形式★

積分形式1.數(shù)學表式第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月102.熱力學第一定律的物理意義（1）外界對系統(tǒng)所傳遞的熱量Q,一部分用于

系統(tǒng)對外作功，一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加。（2）熱一律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量轉(zhuǎn)換和守恒定律。問：經(jīng)一循環(huán)過程,不要任何能量供給,不斷地對外作功，或較少的能量供給，作較多的功行嗎？第一類永動機是不可能制成的！熱一律可表述為：

熱一律的適用范圍：任何熱力學系統(tǒng)的任何

熱力學過程。注意：第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月113.

熱力學第一定律對理想氣體等值過程的應用對平衡過程計算:根據(jù)：第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月121.等容過程（1）特征：V=恒量，dV=0，參量關(guān)系:P/T=恒量（2）熱一律表式：對有限變化過程

系統(tǒng)吸收的熱量全部用來增加系統(tǒng)本身的內(nèi)能。意義：第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月13（3）定容摩爾熱容：1摩爾氣體在等容過程中，溫度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的熱量。單原子分子雙原子分子多原子分子第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月14（4）內(nèi)能增量：等容過程（適用于任何過程）第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月152.等壓過程（1）特征：P=恒量，dP=0，參量關(guān)系:（2）熱一律表式：作功：內(nèi)能增量：意義：系統(tǒng)吸收的熱量，一部分對外作功，一部分增加自身的內(nèi)能。第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月16（3）定壓摩爾熱容：1摩爾氣體在等壓過程中，溫度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的熱量。（邁耶公式）第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月17比熱容比單原子分子雙原子分子等壓過程多原子分子第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月183.等溫過程（1）特征：T=恒量，dT=0，dE＝0參量關(guān)系：PV=恒量（2）熱一律表式意義：系統(tǒng)吸收的熱量全部用來對外作功。功：第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月19等溫過程第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月204.絕熱過程（1）特征參量關(guān)系（泊松方程）（2）熱一律表式絕熱第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月21意義：當氣體絕熱膨脹對外作功時，氣體內(nèi)能減少。功：內(nèi)能改變：絕熱膨脹靠的是內(nèi)能減少。（溫度降低）（2）（1）第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月22★推導絕熱方程：（用第一定律微分形式）第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月23第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月24絕熱過程方程（泊松方程）（3）“絕熱摩爾熱容”第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月25等溫線斜率絕熱線斜率（4）絕熱線與等溫線的比較第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月26結(jié)論：絕熱線比等溫線陡峭同一點斜率之比絕熱等溫第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月27過程特征參量關(guān)系QAE等容等壓等溫絕熱V常量

P常量T常量P/T=常量V/T=常量PV=常量常量常量常量===g--g-ggTPTVPV11第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月28例1（4346）試證明剛性分子理想氣體作等壓膨脹時，若從外界吸收的熱量為

Q，則其氣體分子平均動能的增量為

Q/(NA),式中為比熱容比。證明:理想氣體分子平均動能的增量第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月29對等壓過程一摩爾剛性分子理想氣體第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月30例2（4694）某理想氣體在P-V圖上等溫線與絕熱線相交于A點，如圖，已知A點的壓強P1=2×105Pa，體積V1=0.5×10-3m3，而且A點處等溫線斜率與絕熱線斜率之比為0.714，現(xiàn)使氣體從A點絕熱膨脹至B點，其體積V2=1×10-3m3

。求

（1）B點處的壓強（2）在此過程中氣體對外作的功第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月31解：（1）B點處的壓強由絕熱過程方程第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月32（雙原子分子）第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月33（2）在此過程中氣體對外作的功第34頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月34例3（4693）如圖所示，一個四周用絕熱材料制成的氣缸，中間有一固定的用導熱材料制成的導熱板C把氣缸分成A、B兩部分。D是一絕熱的活塞。A中盛有1mol氦氣，B中盛有1mol氮氣（均視為剛性分子的理想氣體）。今外界緩慢地移動活塞D，壓縮A部分的氣體，對氣體作功為A，試求在此過程中B部分氣體內(nèi)能的變化。氦氣氮氣第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月35解：?。ˋ+B）兩部分的氣體為研究系統(tǒng)，在外界壓縮A部分氣體、作功為A的過程中，系統(tǒng)與外界交換的熱量氦氣氮氣第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月36因此A、B兩部分氣體的溫度始終相同。系統(tǒng)內(nèi)能的變化為氮氣氦氣C是導熱板，即：第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月37例4（4313）一定量的理想氣體，從P-V圖上初態(tài)a經(jīng)歷（1）或（2）過程到達末態(tài)b，已知a、b兩態(tài)處于同一條絕熱線上（圖中虛線是絕熱線），問兩過程中氣體吸熱還是放熱？（A）（1）過程吸熱（2）過程放熱（B）（1）過程放熱（2）過程吸熱（C）兩種過程都吸熱（D）兩種過程都放熱（1）（2）第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月38（1）（2）解：因為氣體膨脹，內(nèi)能增量與過程無關(guān)，只與始末兩態(tài)有關(guān)。放熱吸熱（B）對第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月39補充作業(yè)（4692）如圖所示，C是固定的絕熱壁，

D是可動活塞，C、D將容器分成A、B兩部分。開始時A、B兩室中各裝入同種類的理想氣體，它們的溫度T、體積V、壓強P均相同，并與大氣壓強相平衡?，F(xiàn)對A、B兩部分氣體緩慢地加熱，當對A和B給予相等的熱量Q以后，A室中氣體的溫度升高度數(shù)與B室中氣體的溫度升高度數(shù)之比為7:5。求:第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月40（1）求該氣體的定容摩爾熱容CV和定壓摩爾熱容CP（2）B室中氣體吸收的熱量有百分之幾用于對外做功？第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月41練習（4692）解答A室氣體經(jīng)歷的是過程B室氣體經(jīng)歷的是過程等容等壓依題意有：第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月42解得：又（2）第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月43六、循環(huán)過程及卡諾循環(huán)1.循環(huán)過程：物質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)歷一系列的變化過程又回到初始狀態(tài)，這樣周而復始的變化過程稱為循環(huán)過程，簡稱為循環(huán)。

過程按順時針進行叫正循環(huán)，反之，叫逆循環(huán)。（1）特征

dE=0,E=0（3）熱功計算：按各不同的分過程進行，總合起來求得整個循環(huán)過程的凈熱量、凈功（二者相等）。（2）通過各種平衡過程組合起來實現(xiàn)。第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月44(1)

熱機利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)化為功的裝置。2.熱機致冷機什么過程能將熱能變成功？等壓等溫絕熱什么過程最好？0實際上，僅僅等溫過程是不行的！系統(tǒng)從外界吸收的熱量系統(tǒng)對外界所作的凈功熱功第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月45★

熱機循環(huán)利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把熱轉(zhuǎn)化為功的循環(huán)。熱機循環(huán)的循環(huán)箭頭是順時針的,（正循環(huán)）系統(tǒng)對外界所作的凈功=循環(huán)曲線包圍的面積是正循環(huán),以保證第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月46★

熱機循環(huán)效率（2）致冷機：將熱機的工作過程反向運轉(zhuǎn)（逆循環(huán)），就是致冷機。熱機效率：（Q1,Q2為絕對值）T1T2熱機Q1AQ2投入產(chǎn)出第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月47★

致冷機通過對系統(tǒng)做功，從而從低溫熱源吸取熱量的裝置?！?/p>

致冷機循環(huán)（逆循環(huán)）熱系統(tǒng)吸收的熱量功外界對系統(tǒng)所作的凈功致冷機循環(huán)的循環(huán)箭頭是逆時針利用工作物質(zhì)持續(xù)不斷地把功轉(zhuǎn)化為熱的循環(huán)。外界對系統(tǒng)所作的凈功=循環(huán)曲線包圍的面積第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月48★

制冷機制冷系數(shù)T1T2致冷機Q1AQ2投入產(chǎn)出制冷系數(shù)：第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月49卡諾循環(huán)是由兩個等溫過程和兩個絕熱過程相間組成特點：3.卡諾循環(huán)1824年28歲的工程師卡諾提出最理想的循環(huán)第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月50卡諾熱機循環(huán)藍色等溫線紅色絕熱線（1）1→2，等溫膨脹（）特點：系統(tǒng)從外界吸熱系統(tǒng)對外界作功Q吸T1T2膨脹第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月51（2）2→3，絕熱膨脹過程，溫度下降至低

溫熱源溫度特點：系統(tǒng)對外界作功膨脹第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月52（3）3→4，等溫壓縮（）特點：外界對系統(tǒng)作功系統(tǒng)向外界放熱Q放被壓縮第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月53（4）4→1，絕熱壓縮過程，經(jīng)此過程，系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，完成一個循環(huán)。特點：外界對系統(tǒng)作功被壓縮第54頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月54★

一個循環(huán)完畢：系統(tǒng)對外界作的凈功系統(tǒng)內(nèi)能增量系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量系統(tǒng)從外界吸收的凈熱量=系統(tǒng)對外界做的凈功第55頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月55★熱機的工作原理系統(tǒng)所吸收的熱量，不能全部用來對外作凈功，必須有一部分傳給冷源，才能進行循環(huán)。T1T2~凈★卡諾熱機循環(huán)效率第56頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月5610

卡諾熱機的效率只與T1、T2有關(guān)，與工作物無關(guān)。20不可能討論第57頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月57◆卡諾制冷機循環(huán)（1）1→4，絕熱膨脹過程，系統(tǒng)溫度下降至低溫熱源溫度（2）4→3，等溫膨脹（）系統(tǒng)吸熱第58頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月58（3）3→2，絕熱壓縮過程，溫度上升到高

溫熱源（4）2→1，等溫壓縮（）經(jīng)此過程，系統(tǒng)回到原來狀態(tài)，完成一個

制冷循環(huán)。系統(tǒng)放熱第59頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月59★卡諾制冷機制冷系數(shù)★卡諾致冷機原理：工作物質(zhì)從低溫熱源吸熱，又接