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1、第七章第七章7-1 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程 1.掌握自然界的基本规律掌握自然界的基本规律 热力学第一定律：热力学第一定律：能量守恒能量守恒 热力学第二定律：热力学第二定律：自然过程的方向自然过程的方向 2.学习唯象的研究方法学习唯象的研究方法 以实验为基础的逻辑推理的研究方法以实验为基础的逻辑推理的研究方法 3.熵熵（S）的概念与的概念与“信息技术信息技术”密切相关密切相关 4.热能是重要的能源，也是维持生命的主要来源。热能是重要的能源，也是维持生命的主要来源。学习热力学的意义学习热力学的意义12/28/20221http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热
2、量 准静态过程准静态过程真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间的引力势能。实验证明人，真实气体的内能，是状态参量和 （或 ）的函数，即 或 。总之，某给定气体系统的内能。只由该系统的状态所决定，在热力学中内能是一个重要的状态量。广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部分子的动能之和，其值为 ，由状态参量决定，内能 ，是状态参量 的单值函数。internal energy12/28/20222http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程二二 功功（过程量）（过程量）功是能量传递和转换的量度，它引起
3、系统热运动功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化状态的变化.准静态过程功的计算准静态过程功的计算注意：注意：作功与过程有关作功与过程有关.宏观运动能量宏观运动能量热运动能量热运动能量12/28/20223http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程三三 热热 量量（过程量过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递存在温差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动宏观运动分子
4、热运动分子热运动功功分子热运动分子热运动分子热运动分子热运动热量热量3）功与热量的物理本质不同）功与热量的物理本质不同.1卡卡=4.18 J ，1 J=0.24 卡卡功与热量的异同功与热量的异同12/28/20224http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程热量是系统与外界仅由于温度不同而传递的能量。外界质量 M比热 c吸收热量 dQ Q温度升高 dT T系统吸收的热量为正若计算结果 则表示系统放热。热量必须与过程相联系，只有发生过程才有吸收或放出热量可言。系统从某一状态变到另一状态，若其过程不同，则吸或放的热量也会不同。故 热量也是过程量heat的过程中所吸收的热
5、量系统由温度 T1 变到温度 T2若改用摩尔热容即1mol的物质温度升高1K时所吸收的热量则12/28/20225http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程内能内能热量热量功功状态量过程量过程量是构成系统的全部分子的平均能量之和。是系统的宏观有序机械运动与系统内大量分子无规热运动的相互转化过程。是外界物质分子无规热运动与系统内物质分子无规热运动的相互转化过程。内能内能 功功 热量热量 的国际标准单位都是 焦耳焦耳 （J J）12/28/20226http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程传递能量的两种方式传递能量的两种方式 做功做功 传热
6、传热说明：做功与传热虽然有等效的一面，但本质上有着说明：做功与传热虽然有等效的一面，但本质上有着区别。区别。区别区别 做功：做功：通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动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之间的转换。从而改变内能。与系统内分子无规则运动之间的转换。从而改变内能。传热：传热：通过分子间相互作用完成。作用是外界分子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。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。从而改变了内能。12/28/20227http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程
7、准静态过程始平衡态始平衡态 一系列非一系列非平衡态平衡态末平衡态末平衡态 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。热力学中，为能利用平衡态的性质，引入热力学中，为能利用平衡态的性质，引入 四四 准静态过程准静态过程（quasi-static process）热力学热力学系统从一个状态变化到另一个状态系统从一个状态变化到另一个状态 ,称为称为热力学过程热力学过程（简称（简称“过程过程”）。）。准静态过程准静态过程的概念。的概念。12/28/20228http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程准静态过程：准静态过程：系统的每一状态
8、都系统的每一状态都无限接近于无限接近于平衡态平衡态的过程。的过程。态组成的过程。态组成的过程。即即准静态过程是由一系列准静态过程是由一系列平衡平衡快快非平衡态非平衡态缓慢缓慢接近平衡态接近平衡态 准静态过程准静态过程是一个是一个理想化理想化的过程，是实际的过程，是实际过程的近似。过程的近似。非准静态过程非准静态过程准静态过程准静态过程12/28/20229http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程统一于统一于“无限缓慢无限缓慢”矛盾矛盾平衡即不变平衡即不变过程即变化过程即变化 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。
9、看作是平衡态。如何判断如何判断“无限缓慢无限缓慢”？引入引入弛豫时间弛豫时间（relaxation time）：平衡破坏平衡破坏 恢复平衡恢复平衡 t过程过程 ：过程就可视为过程就可视为准静态过程准静态过程所以无限缓慢只是个所以无限缓慢只是个相对相对的概念。的概念。12/28/202210http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程气体压强的气体压强的弛豫时间：弛豫时间：气缸线度：气缸线度：L 10-1 m分子平均速率：分子平均速率：10-3 s 容器的线度容器的线度分子热运动平均速率分子热运动平均速率 102 m/s 内燃机活塞运动周期内燃机活塞运动周期 t 10-2 s p（10-3s）所以所以汽缸的压缩过程汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。可认为是准静态过程。例如分析例如分析内燃机内燃机气缸内的气体经历的过程：气缸内的气体经历的过程：12/28/202211http:/ 7-1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程(p2,V2)(p1,V1)(p,V)过程曲线过程曲线准静态过程可以用准静态过程可以用过程曲线过程曲线来表示：来表示：VO p改变系统状态的方法：改变系统状态的方法：1.作功作功 2.传热传热一个点代表一个平衡态一个点代表一个平衡态12/28/202212http:/