第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律1-1.准静态过程准静态过程1-2.功功1-3.热量热量1-4.内能内能1-5.热力学第一定律热力学第一定律1-6.热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础始平衡态始平衡态 一系列非一系列非平衡态平衡态末平衡态末平衡态为能利用为能利用平衡态平衡态的性质，引入的性质，引入准静态过程准静态过程的概念。的概念。1-1. 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 , ,称为称为热热力学过程力学过程（简称（简称“过程过程”）。）。气体气体活塞活塞砂子砂子12 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础 准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程 .快快非准静态过程非准静态过程缓慢缓慢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 如何判断如何判断“无限缓慢无限缓慢”？ 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。 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础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 10-2s 所以所以汽缸的压缩过程汽缸的压缩过程可认为是可认为是准静态过程。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： 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础改变系统状态的方法：改变系统状态的方法：系统系统初态初态系统系统末态末态作功：作功：功是功是能量传递和能量传递和转换的转换的量度量度传热：传热：热量为热量为通过传通过传热方式传递能量的热方式传递能量的量量度度宏观运动能量宏观运动能量热运动能量热运动能量宏观有序运动宏观有序运动无规热运动无规热运动分子热运动分子热运动分子热运动分子热运动 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础1-2 功功（work）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 . 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础1-3 热热 量量（heat）系统和外界之间存在温差而发系统和外界之间存在温差而发生的能量传递生的能量传递 .单位单位摩尔热容摩尔热容: 理想气体在等理想气体在等体过程中吸收的热量体过程中吸收的热量 ，使温，使温度升高度升高 , 其摩尔热容为其摩尔热容为由摩尔热容计算过程的热量由摩尔热容计算过程的热量:Cm是过程是过程量，不同量，不同过程，此过程，此值不同值不同比一比：比一比：摩尔热容摩尔热容与比热与比热 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础1）过程量：与过程有关；）过程量：与过程有关；宏观运动宏观运动分子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 卡卡议一议：功与热量的异同议一议：功与热量的异同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； 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础系统系统初态初态系统系统末态末态作功：作功：功是能量传递功是能量传递和转换的和转换的量度，是过程量度，是过程量量传热：传热：热量为热量为通过传热方式通过传热方式传递能量的传递能量的量度，是过程量量度，是过程量1-4 内内 能能 （ internal energy ）状态量！状态量！一般气体？一般气体？ 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础内内 能能 （ internal energy ）的宏观定义）的宏观定义作机械功改变系统状态作机械功改变系统状态AV作电功改变系统作电功改变系统 状态状态绝热壁绝热壁绝热系统绝热系统绝热系统绝热系统结果表明：绝热功完全由系统的初态和终态所决定，结果表明：绝热功完全由系统的初态和终态所决定，与作功过程和方式无关。与作功过程和方式无关。 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础内能的定义内能的定义类比：保守力做功与路径无关类比：保守力做功与路径无关-态函数：态函数：势势能能 绝热功与过程无关，只与初态和终态有绝热功与过程无关，只与初态和终态有关关-态函数：态函数：内能内能定义：定义：意义：绝热过程中外界对系统所作的功转换成了系统意义：绝热过程中外界对系统所作的功转换成了系统的内能。外界对系统做正功，系统内能增加，的内能。外界对系统做正功，系统内能增加，反之，即系统对外界做功，系统内能减少。反之，即系统对外界做功，系统内能减少。E 状态量，对一般气体有：状态量，对一般气体有：E 状态量，对理想气体有：状态量，对理想气体有： 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础系统初态系统初态E1系统末态系统末态E21-5 热力学第一定律热力学第一定律(first law of thermodynamics) E1 E2WQ实验表明：实验表明：准静态过程准静态过程微小过程微小过程系统吸热系统吸热+ +系统对外系统对外界做功界做功+ +外界对系外界对系统做功统做功= =系系统对外界统对外界做负功做负功“-“-”系统放热系统放热“-”“-”-能量转换能量转换和守恒和守恒 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础思考思考下列的静电永动机能否实现？下列的静电永动机能否实现？V E= 0O pW= QQ“第一类永第一类永动机动机”不存不存在。在。循环过程：循环过程：+-+-+绝缘杆绝缘杆绝缘杆绝缘杆带电杆带电杆带电杆带电杆 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础 例例例例11系统从系统从系统从系统从ABAABA经历一个循环，且经历一个循环，且经历一个循环，且经历一个循环，且 E EB BEEA A 。(1)(1)试试试试确定确定确定确定ABAB，以及，以及，以及，以及BABA的功的功的功的功WW的符号及含义；的符号及含义；的符号及含义；的符号及含义；(2)Q(2)Q的符的符的符的符号如何确定；号如何确定；号如何确定；号如何确定；(3)(3)循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负解解解解：(1)A(1)A B, B, WW1 10:0:气体对外做功气体对外做功气体对外做功气体对外做功 B BA, A, WW2 20: pCpV np p = nkT绝热膨胀绝热膨胀 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础6. 理气的多方过程理气的多方过程*：热容量热容量C = const.的过程。的过程。可证明可证明 n 称称 多方指数多方指数对绝热过程：对绝热过程： 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础讨论：理想气体的绝热自由膨胀讨论：理想气体的绝热自由膨胀非准静态绝热过程非准静态绝热过程真真空空绝热刚性壁绝热刚性壁隔板隔板T1T2对理想气体：对理想气体：器壁绝热：器壁绝热：Q = 0向真空膨胀：向真空膨胀：A = 0热一律热一律E1 = E2T1 = T2（是否等温过程？）（是否等温过程？） 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础 例例例例22质量一定的单原子理想气体开始时压力为质量一定的单原子理想气体开始时压力为质量一定的单原子理想气体开始时压力为质量一定的单原子理想气体开始时压力为3 3大气压，大气压，大气压，大气压，体积体积体积体积1 1升，先等压膨胀至体积为升，先等压膨胀至体积为升，先等压膨胀至体积为升，先等压膨胀至体积为2 2升，再等温膨胀至体积升，再等温膨胀至体积升，再等温膨胀至体积升，再等温膨胀至体积为为为为3 3升，最后被等容冷却到压力为升，最后被等容冷却到压力为升，最后被等容冷却到压力为升，最后被等容冷却到压力为1 1大气压。求气体在全大气压。求气体在全大气压。求气体在全大气压。求气体在全过程中内能的变化，所作的功和吸收的热量过程中内能的变化，所作的功和吸收的热量过程中内能的变化，所作的功和吸收的热量过程中内能的变化，所作的功和吸收的热量解：解： 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础 例例例例33如图，对同一气体，如图，对同一气体，如图，对同一气体，如图，对同一气体，I I为绝热过程，那么为绝热过程，那么为绝热过程，那么为绝热过程，那么J J和和和和KK过程是过程是过程是过程是吸热还是放热吸热还是放热吸热还是放热吸热还是放热? ?解：解：解：解：对对对对I I过程过程过程过程对对对对J J过程过程过程过程吸热吸热吸热吸热对对对对KK过程过程过程过程放热放热放热放热 第一讲第一讲 热力学第一定律热力学第一定律第六章热力学基础第六章热力学基础作业作业 4-3,4-4,4-6,4-9