文档介绍：热力学
第一章热力学第一定律
§1 热力学第一定律
系统的状态发生变化时—系统在经历一个过程。过程进行的任一时刻,,为能利用平衡态的性质,引入准静态过程的概念。
性质:
:是由无数个平衡态组成的过程即系统的每个中间态都是平衡态。
,是实际过程的近似。
实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程。
状态1
状态2
·拉动活塞,使系统由平衡态1 ®状态2,过程中系统内各处的密度(压强、温度)并不完全相同,要过一会儿时间,状态 2才能达到新的平衡。所以,只有过程进行得无限缓慢,每个中间态才可看作是平衡态。
☆怎样判断“无限缓慢”?
弛豫时间t:系统由非平衡态到平衡态所需时间。
准静态过程条件:
Dt过程进行>> t
例如,实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程,
Dt过程进行=
t = 容器线度/分子速度
= = 10-3秒
:准静态过程可用P-V图上一条线表示。
、内能、热量
·通过作功可以改变系统的状态。
·机械功(摩擦功、体积功)
·内能包含系统内:
(1)分子热运动的能量;
(2)分子间势能和分子内的势能;
(3)分子内部、原子内部运动的能量;
(4)电场能、磁场能等。
·内能是状态的函数
*对于一定质量的某种气体,内能一般是T、V或P的函数;
*对于理想气体,内能只是温度的函数
E = E(T)
e = VRT,
2
i
*对于刚性理想气体分子,
i :自由度; n :摩尔数
·通过作功改变系统内能的实质是:
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。
·传热也可改变系统的状态,其条件是系统和外界的温度不同。
·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。
·热量是传热过程中所传能量的多少或在不对系统作功的传热过程中,系统内能的增量等于它从外界吸收的热量,即
Q = E2 - E1 (无功过程)
·对于一元过程
dQ = dE+dW
·对于一过程
Q = DE+W
符号规定:Q > 0 向系统供热
W > 0 系统对外界作正功 DE > 0 系统内能增加
·叙述:(1)按能量守恒关系(略)
(2)第一类永动机( h > 1)
是不可能制成的。
·热力学第一定律适用于任何系统的任何过程(非准静态过程亦成立)。
四. W、Q、DE的计算
(准静态过程,体积功)
V
dV
V2
V1
S
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功,
P
o
V1
V2
V
W
·
·
1
2
·功是过程量
P-V图上过程
曲线下的面积即
W的大小。
(2)间接计算法(由相关定律、定理)
由Q=DE+W→ W
2. Q的计算
(1)直接计算法
M:系统质量, m:摩尔质量
C:摩尔热容量
(2)间接计算法
由 Q = DE + W
(1)直接计算法
i:自由度
(上式仅对刚性理想气体分子,下同)
(2)间接计算法
由 Q = DE + W
§2 气体的摩尔热容量
·一摩尔物质温度升高一度所吸收的热
量,即
·对于等容过程,
有
·对于等压过程,
再由理想气体状态方程有
于是
或
思考:为何 CP > CV ?
对单原子分子, i = 3, g =
对双原子分子, i = 5, g =
对多原子分子, i = 6, g =
这是实验上可以测量的参数,用以检验理论时否正确。
§3 热力学第一定律
对理想气体等值过程的应用
: V = const.
P
V
·
·
V
o
1
2
等容升温
:
过程曲线:
:
W=0
吸热全部转换为系统内能的增加。
·
·
P
V
V1
V2
o
等压膨胀
1
2
:P=const