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1、2/21/20231第七章第七章 热力学基础热力学基础热力学的任务：热力学的任务：从能量转换与守恒的观点出发，分析研究物从能量转换与守恒的观点出发，分析研究物体在状态变化过程中体在状态变化过程中热功转换的关系和条件热功转换的关系和条件。5.1 热力学第一定律及应用热力学第一定律及应用在热力学中在热力学中,我们研究的物体我们研究的物体(任意形态任意形态)一、一、热功等效性热功等效性1.改变系统状态的两种方式改变系统状态的两种方式2.热功当量热功当量作功作功传递热量传递热量搅搅 拌拌热热 力力 学学 系系 统统:传递热量传递热量作作 功功2/21/20232电量热法电量热法 机械量热法机械量热法
2、2/21/20233是物体的有规则运动与系统内分子无规则是物体的有规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换，从而改变系统的内能。运动之间的转换，从而改变系统的内能。（2）传递热量是通过分子间相互作用来完成的）传递热量是通过分子间相互作用来完成的3.作功与传递热量的本质区别作功与传递热量的本质区别（1）作功是通过物体作宏观位移来完成的）作功是通过物体作宏观位移来完成的是系统外物体分子的无规则运动与系统内分子是系统外物体分子的无规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换，从而改变系统的内能。无规则运动之间的转换，从而改变系统的内能。二、二、热力学第一定律热力学第一定律（一般表达式）（一般表达式）（微
3、分表达式）（微分表达式）E是状态参量的函数，与过程是状态参量的函数，与过程无关无关Q、A不不是状态参量的函数，与过程是状态参量的函数，与过程有关有关其微小增量其微小增量全微分全微分不是全微分不是全微分2/21/20234说明：说明：（2）正负规定正负规定系统放热系统放热系统吸热系统吸热内能增加内能增加内能减少内能减少系统对外作功系统对外作功外界对系统作功外界对系统作功（1）单位统一）单位统一热力学第热力学第 一一 定定律的确定，说明律的确定，说明第一类永动机是第一类永动机是不可能制成的。不可能制成的。（3）热功转换不是直接的）热功转换不是直接的（4）第一类永动机：）第一类永动机：既不需要消耗系
4、统内能，也不需要外界既不需要消耗系统内能，也不需要外界供给能量，却能不断地对外作功的机器。供给能量，却能不断地对外作功的机器。（5）适适用范围用范围2/21/20235准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程在系统状态变化过程中所经历的各在系统状态变化过程中所经历的各个状态都由热平衡态构成的过程。个状态都由热平衡态构成的过程。如果有一个状态为如果有一个状态为非平衡态非平衡态，则此过，则此过程为程为非准静态过程非准静态过程。如果系统进行的如果系统进行的速度过快，系统状态发生变化后，还速度过快，系统状态发生变化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变化生了变化，
5、则该过程为非准静态过程。，则该过程为非准静态过程。如果过程进行的时间如果过程进行的时间可视为准静态过程可视为准静态过程如果过程进行的时间如果过程进行的时间则为非准静态过程则为非准静态过程系统来得及恢复平衡态系统来得及恢复平衡态系统来不及恢复平衡态系统来不及恢复平衡态驰豫时间驰豫时间系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间2/21/20236三、三、的计算的计算1.功（功（A）气体所作的功气体所作的功等于等于曲线下的面积曲线下的面积功是过程量功是过程量2.E 的计算的计算3.Q 的计算的计算内能是状态量内能是状态量热量是过程量热量是过程量2/21/20237四、热
6、力学第一定律在等值过程中的应用四、热力学第一定律在等值过程中的应用（4）定性讨论：）定性讨论：1.等容过程等容过程（1）过程特征：）过程特征：（2）过程方程：）过程方程：（3）特）特 征征 图：图：等容线等容线等容加热：等容加热：等容冷却：等容冷却：（5）系统对外作功：）系统对外作功：（6）系统内能增量：）系统内能增量：（7）系统的热量：）系统的热量：V=恒量恒量2/21/20238（8）定容摩尔热容：）定容摩尔热容：定容摩尔热容定容摩尔热容是指是指1 mol 气体，在体积不变的情况下，气体，在体积不变的情况下，温度升高温度升高 1K 时所吸收的热量。用时所吸收的热量。用 CV 表示。表示。物
7、体热容：物体热容：Mkg的物体温度升高的物体温度升高 1K时所吸收的热量时所吸收的热量摩尔热容：摩尔热容：取取1mol物质物质1molMkg2/21/20239（4）定性讨论：）定性讨论：2.等温过程等温过程（1）过程特征：）过程特征：（2）过程方程：）过程方程：（3）特）特 征征 图：图：等温膨胀：等温膨胀：等温压缩：等温压缩：（6）系统对外作功：）系统对外作功：（5）系统内能增量：）系统内能增量：（7）系统的热量：）系统的热量：T=恒量恒量等温线等温线2/21/202310（4）定性讨论：）定性讨论：3.等压过程等压过程（1）过程特征：）过程特征：（2）过程方程：）过程方程：（3）特）特
8、征征 图：图：（6）系统对外作功）系统对外作功：（5）系统内能增量：）系统内能增量：（7）系统的热量：）系统的热量：P=恒量恒量等压线等压线等压膨胀等压膨胀等压压缩等压压缩2/21/202311（8）定压摩尔热容）定压摩尔热容 1 mol 气体，在压强不变的情况下，温度升高气体，在压强不变的情况下，温度升高 1K 时所吸时所吸收的热量。收的热量。用用 CP表示表示1mol热容比热容比 1 mol 理想气体，温度升高理想气体，温度升高1K，等压，等压过程比等容过程多吸收过程比等容过程多吸收8.31J的热量的热量因为在因为在等容过程等容过程中，气体吸收的热量全部用来增中，气体吸收的热量全部用来增加
9、内能；而在加内能；而在等压过程等压过程中，气体吸收的热量除了中，气体吸收的热量除了用来增加同样多的内能外，用来增加同样多的内能外，还要用来对外作功。还要用来对外作功。微分微分2/21/202312（4）定性讨论：）定性讨论：4.绝热过程绝热过程（1）过程特征：）过程特征：（2）过程方程：）过程方程：（3）特）特 征征 图：图：（7）系统对外作功：）系统对外作功：（6）系统内能增量：）系统内能增量：（5）系统的热量：）系统的热量：绝热膨胀：绝热膨胀：绝热压缩：绝热压缩：返返142/21/202313（8）过程方程的推导）过程方程的推导（2）由（由（1）得：）得：（3）（1）两边乘两边乘CV：（3
10、）代入（）代入（2）：）：两边同除两边同除以以CVPV两边积分两边积分微分微分2/21/202314等温膨胀：等温膨胀：绝热膨胀：绝热膨胀：（9）绝热线比等温线陡）绝热线比等温线陡返返122/21/202315等温线等温线T1T2T3T1=273KT2=433K理想气体理想气体O2例例1：求：求：等压过程等压过程解：解：（1）2/21/202316=273K=T2等温线等温线T1T2T3=433K等容过程等容过程等温过程等温过程2/21/202317例例2：一系统如图所示一系统如图所示:由由a 态沿态沿abc 到达到达c 态时，吸收态时，吸收了了350J 的热量，同时对外作了的热量，同时对外作
11、了126J 的功。的功。(1).如图沿如图沿adc 进行进行,则系统作功则系统作功42，问这时系统吸收了多少热量问这时系统吸收了多少热量?(2).当系统由当系统由c 态沿曲线态沿曲线ca 返回返回a 态态 时，外界对系统作功时，外界对系统作功84J,问系统问系统 吸热还是放热吸热还是放热?热量传递了多少热量传递了多少?(3).若若Ed-Ea=167J，试求，试求ad、及、及dc 各过程吸热多少？各过程吸热多少？解解:(1).由热一定律由热一定律:2/21/202318(2).放热放热!传递了传递了308J 热量。热量。(3).2/21/202319小小 结结二、二、热力学第一定律热力学第一定律1.功（功（A）2.E 的计算的计算3.Q 的计算的计算一、一、热功等效性热功等效性三、三、的计算的计算2/21/2023200C0QP V0A0EPV=C方程dQ=0dT=0dP=0dV=0特征绝热等温等压等容过程四、热力学第一定律在等值过程中的应用四、热力学第一定律在等值过程中的应用2/21/202321