今天是今天是09 09 八月八月 2024 2024大学物理大学物理-热力学第一定律热力学第一定律大学物理热力学第一定律福州大学李培官5-1-1.热力学第一定律热力学第一定律第五章第五章.热力学基础热力学基础3 1. 1. 准准静静态态过过程程的的概概念念：如如果果一一个个系系统统在在其其变变化化过过程程中中所所经经历历的的每每一一中中间间状状态态都都无无限限接接近近于于热热平平衡态，这个过程衡态，这个过程称为准平衡过程或准静态过程称为准平衡过程或准静态过程。气体气体活塞活塞砂子砂子21 一一.准静态过程（理想化的过程）准静态过程（理想化的过程）4原平衡态原平衡态 一系列一系列非平衡态非平衡态新平衡态新平衡态缓慢缓慢接近平衡态接近平衡态快快非平衡态非平衡态 1)每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。 2)由一系列依次接替的平衡态组成。由一系列依次接替的平衡态组成。 3) 3)对对 “无限缓慢无限缓慢” 的实际过程的近似描述。的实际过程的近似描述。2.说明：说明：5 物物体体内内分分子子做做无无规规运运动动的的动动能能和和势势能能的的总总和和叫叫做做物物体体的的内内能能。内内能能由由系系统统的的状状态态唯唯一一地地决决定定。内内能能的的改变量只由初末状态决定，和变化的具体过程无关。改变量只由初末状态决定，和变化的具体过程无关。 理想气体内能理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数表征系统状态的单值函数 。二二.内能内能 (状态量状态量) 内能是状态量内能是状态量 内能改变与过程无关内能改变与过程无关 ( ( : :摩尔数摩尔数; ; i :自由度自由度; ;单单3、双、双5、多、多6 。) )6 系统内能的增量只与系统起始和终了状态有系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关关，与系统所经历的过程无关 . 理想气体的内能仅是温度的函数理想气体的内能仅是温度的函数 .2AB1*2AB1*改变系统内能的两种等效方式改变系统内能的两种等效方式: 作功作功, 传递热量传递热量7 功是能量传递和转换的量度，它引起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 .三三.功功 (过程量过程量)8不同过程的功不同过程的功9作机械功改变系统作机械功改变系统 状态的焦耳实验状态的焦耳实验AV作电功改变系统作电功改变系统 状态的实验状态的实验宏观运动能量宏观运动能量热运动能量热运动能量10焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置机械功机械功11功热转换功热转换演示动画演示动画12s 若若A0 系统对外界做功系统对外界做功若若 A0 外界对系统做功外界对系统做功 （1）准静态过程气体体积功的计算：）准静态过程气体体积功的计算：（2） 准静态过程功的图示准静态过程功的图示这是体积功的几何意义。这是体积功的几何意义。例如例如: : 摩尔理想气体从状态摩尔理想气体从状态1状态状态2，求气体对外所做的功是多少？求气体对外所做的功是多少？功是过程量功是过程量13Ap1(V2-V1)Ap2(V2-V1)等温线等温线14 热量是热量是 通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之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间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四四.热量热量 (过程量过程量)15 传热也可以改变系统传热也可以改变系统 的热力学状态。的热力学状态。 传热的微观本质是：传热的微观本质是： 分子无规则运动的分子无规则运动的能量从高温物体向低温物体传递。能量从高温物体向低温物体传递。 热量也是热量也是过程量。过程量。 dQdQ系统系统外界外界 热量是热量是由于温度差而由于温度差而传递的能量。传递的能量。传热也可改变系统的状态传热也可改变系统的状态传热条件：传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。系统和外界温度不同，且不绝热。16 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加一部分使系统的内能增加, 另另一部分使系统对外界做功一部分使系统对外界做功 .准静态过程准静态过程微小过程微小过程12*五五.热力学第一定律热力学第一定律17+系统吸热系统吸热系统放热系统放热内能增加内能增加内能减少内能减少系统对外界做功系统对外界做功外界对系统做功外界对系统做功第一定律的符号规定第一定律的符号规定 讨讨 论论1). 热力学第一定律是反映热现象中热力学第一定律是反映热现象中 能量转化与守恒的定律。能量转化与守恒的定律。18 2).2).热力学第一定律的热力学第一定律的另一另一叙述叙述为为：第一第一类永动机类永动机 是不可能制成的。是不可能制成的。 3）热力学第一定律是热力学第一定律是实验经验总结，实验经验总结，是是自自然界的普遍规律然界的普遍规律 . 4）热力学第一定律适用于热力学第一定律适用于任何系统的任何过任何系统的任何过程程, 不管是否是准静态过程不管是否是准静态过程。 5）一个系统与外界的热传递不一定引起系统一个系统与外界的热传递不一定引起系统本身温度的变化本身温度的变化.19J.迈耶迈耶J.焦耳焦耳H.亥姆霍兹亥姆霍兹能量守恒定律能量守恒定律 能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。的总量不变。20 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图21 第第一一类类永永动动机机试试图图在在不不获获取取能能源源的的前前提提下下使使体体系系持持续续地地向向外外界界输输出出能能量量。历历史史上上最最著著名名的的第第一一类类永永动动机机是是法法国国人人亨亨内内考考在在十十三三世世纪纪提提出出的的“魔魔轮轮”，十十五五世世纪纪，著著名名学学者者达达芬芬奇奇也也曾曾经经设设计计了了一一个个相相同同原原理理的的类类似似装装置置，16671667年年曾曾有有人人将将达达芬芬奇奇的的设设计计付付诸诸实实践践，制制造造了了一一部部直直径径5 5米米的的庞庞大大机机械械，但但是是这这些些装置经过试验均以失败告终。装置经过试验均以失败告终。【演示动画【演示动画】22第一类永动机第一类永动机演示动画演示动画23【例例1】: 一系统由图所示状态一系统由图所示状态a沿沿acb到达状态到达状态b，系统，系统对外做功为对外做功为126J，吸热为，吸热为336J。(1) 若在若在adb过程中系统作功为过程中系统作功为42J，问此过程中系统是吸，问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？热还是放热？热量是多少？(2) 若系统从若系统从b态出发，沿态出发，沿ba曲线返回曲线返回a态时，外界对系统作态时，外界对系统作功为功为84J。问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？。问此过程中系统是吸热还是放热？热量是多少？24【例例2】：一绝热容器被中间的隔板分成相等的两半，一绝热容器被中间的隔板分成相等的两半，一半一半装有氦气，温度装有氦气，温度250K；另一半装有氧气，温度；另一半装有氧气，温度310K；二者压强相等。求去掉隔板两种气体混合后的温度。二者压强相等。求去掉隔板两种气体混合后的温度。解：绝热容器解：绝热容器Q0且气体对外不做功且气体对外不做功A0， 内能不变内能不变E0：25Tips for Better Life for 2013欢迎指导欢迎指导欢迎指导欢迎指导今天是今天是09 09 八月八月 2024 2024谢谢谢谢谢谢谢谢