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第八章
热力学基础
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基本内容
1. 热力学第一定律——讨论过程中系统内能变化与功和热量的关系。
——讨论过程的方向性。
(自学)
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一热力学过程的相关概念
热力学过程:当热力学系统的状态随时间发生变化时,系统经历了一个热力学过程。
§8-1 热力学第一定律
缸内气体受压
非静态过程:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态所经历的中间状态是非平衡态的过程。
准静态过程:
准静态过程:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态所经历的中间状态为平衡态的过程。
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说明:A. 准静态过程为理想过程
气缸

弛豫时间:系统的平衡态被破坏后再恢复到新的平衡态所需要的时间。
如:若气缸缸长,则
若活塞以每秒几十次的频率运动时, 每移动一次经时,

若活塞以每秒几十次的频率运动时, 每移动一次经时,则满足
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二热力学过程中的能量转化
1 . 功(限于准静态过程)
dx
微小过程气体对外作的元功:
dA=
对有限过程,体积V1V2,则气体对外作的功为
=pdV
说明:A. 这是准静态过程中的功
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C. 在p-V图上, 功是曲线下的面积。
曲线下的面积=
=A
由图可知,即使初态和末态相同,不同的过程,气体对外作的功也是不同的。
(气体对外作的功)
p
V
2
1
V1
V2
dV
p

:体积膨胀时,系统对外作正功,体积缩小时,系统对外作负功。
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说明:
,而不是状态量
:系统吸收热量为正,放出热量为负
当系统与外界有热传递时

其中,c为比热
功:宏观位移;有规则能无规则能。
热:传热过程;无规则能无规则能。
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气体分子动理论表明系统的内能是系统中所有分子的热运动能量和分子间相互作用势能的总和。内能函数还可从热力学方法引进。
热功当量实验
绝热过程的功与过程所经历的路径无关,完全由初、末状态的状态参量确定。
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类似于力学中保守力作功与路径无关的事实而引入势能,也引入一个系统的态函数——内能。
内能是由系统的状态( p,V,T )确定的能量,是状态的单值函数
对比:气体动理论中:
理想气体的内能:
绝热
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(实验定律)
Q=E2-E1 + A
Q ———系统从外界吸收的热量
E=E2-E1 ———系统内能的增量
A ———系统对外作的功
物理意义:系统吸收的热量一部分用于改变系统的内能,另一部分用于系统对外作功。这实际上就是能量守恒定律。
能制造能量的第一类永动机不可实现。
大量实验表明:确定的两热力学平衡状态所经历的中间过程的功和热量的总和是一定的
Q- A=E2-E1
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