7-1热力学第一定律.ppt

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第七章热力学基础
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引言
热力学是关于热现象的宏观理论,主要是从能量的观点出发,讨论热力学系统在状态变化过程中有关功、热和能量转化的规律。
在大学物理中讨论的状态变化过程都是平衡过程,具体如理想气体的等值过程、绝热过程以及循环过程等。
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热力学第一定律
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一内能功和热量
状态参量如压强P、体积V、温度T和热容等来描述一个热力学系统状态变化。怎样才能改变一个系统的状态?
系统内大量分子无规则运动的动能和相互作用势能的总和,称为系统的内能。
1 内能
(1) 理想气体内能
内能是状态量,是状态参量温度T的单值函数
(2) 实际气体内能
内能是状态参量T、V的函数。
所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。
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例如:要使一摩尔理想气体从零度升高到90度,可以等容升温、等压升温、绝热升温,但内能的变化仍只决定初态和终态。
实验表明:内能是状态量,内能增量只决定于系统的初态与终态,而与过程无关。
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Q
实验二
传递热量也可
增加物体内能
2 热功当量实验
实验一
做功增加物体内能
A
W
热功当量 1cal=
热功可以转换,但不是直接转换,而是通过系统转换。
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3 系统内能改变的两种方式
做功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。
如宏观位移、电能等。
(1) 做功可以改变系统的状态
摩擦升温(机械功)、电加热(电功)
功是过程量。
(2) 热量传递可以改变系统的内能
热量是过程量。
热量是系统与外界热能转换的量度。
通过分子间的相互作用(碰撞)来完成。
使系统的状态改变即内能的改变,传热和作功是等效的。
内能是状态量
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Q>0, 系统吸收热量; Q<0,系统放出热量;
A>0, 系统对外作正功; A<0, 系统对外作负功;
E>0, 系统内能增加; E<0,系统内能减少。
符号规定
热力学第一定律
普遍形式
二热力学第一定律
某一过程,系统从外界吸热 Q,对外界做功A,系统内能从初始态 E1变为 E2,则由能量守恒
热力学第一定律另一表述:制造第一类永动机是不可能的。即:能对外不断自动作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器是不存在的。
微变过程
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当热力学系统在外界影响下,从一个状态到另一个状态的变化过程,称为热力学过程,简称过程。
热力学过程
非准静态过程
准静态过程
三准静态过程
准静态过程:系统从一平衡态到另一平衡态,如果过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。
非静态过程:系统从一平衡态到另一平衡态,过程中所有中间态为非平衡态的过程。
活塞拉得快时是非平衡过程,拉得慢为准平衡过程。严格讲应为无限慢。无限慢的过程怎么定义?
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弛豫时间:从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。
对于实际过程,若系统状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间,则可近似看作准静态过程。
p-V图上,一点代表一个平衡态,一条连续曲线代表一个准静态过程。
这条曲线的方程称为过程方程,准静态过程是一种理想的过程。
设过程变化的时间为t,系统的弛豫时间为,
则:t>>叫无限缓慢; t<<叫变化快。
实例:铅的升华需一年至几年>>挥发一个分子到平衡10-9秒;
气缸压缩一次需10-1秒>>气体弛豫时间10-16秒