热力学第一定律 - 大学物理.pptVIP

摩尔热容量：1 mol 物质的热容量。 定体摩尔热容： 1 mol 理想气体在体积不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。 自由度概念参考P.41,10-3-1 定压摩尔热容： 1mol 理想气体在压强不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。 （ i 为分子的自由度数） 单原子气体： i =3 , 氦、氖 双原子气体：i = 5 ，氢、氧、氮 多原子气体：i = 6 ，水蒸汽、二氧化碳、甲烷 定体摩尔热容与定压摩尔热容的关系 迈耶公式： 结论： 同一状态下1摩尔的理想气体温度升高1K，等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31 J。 比热容比： 单原子分子： 双原子分子： 微过程的热量计算式： 热量计算式： 准静态过程中内能变化的计算 设想一个状态变化过程，过程中系统的体积不变。 即有 内能增量： 内能： 结论：理想气体的内能只是温度的单值函数。 注意：内能是状态量，内能的增量与过程无关，因此上式适合于任意过程。 1.等体过程 V=恒量，dV=0，dW=pdV=0， T2 T1 p V 0 a b 等体过程中，外界传给气体的热量全部用来增加气体的内能，系统对外不作功。 §9-3 热力学第一定律的应用 2. 等压过程 p=恒量 1 2 p 2 1 O V V V 等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，一部分用来对外做功。 3. 等温过程 T=恒量，dT=0，dE=0 p V p1 p2 I I I . . O V2 V1 等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外做功，系统内能保持不变。 例1 一定量的理想气体，由状态a经b到达c。（图中abc为一直线），求此过程中： （1）气体对外作的功； （2）气体内能的增量； （3）气体吸收的热量。 p/atm V/l 0 3 2 1 3 2 1 c b a 解 刚性双原子分子的理想气体在等压下膨胀所作的功为W，则传递给气体的热量是多少？ ，则 W/Q= 常温常压下，一定量的某种理想气体(其分子可视为刚性分子，自由度为i)，在等压过程中吸热为Q，对外作功为W，内能增加为 例3. 质量为2.8?10-3kg，压强为1atm，温度为27℃的氮气。先在体积不变的情况下使其压强增至3atm，再经等温膨胀使压强降至1atm，然后又在等压过程中将体积压缩一半。试求氮气在全部过程中的内能变化，所作的功以及吸收的热量，并画出P-V图。 解 V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 等容过程： 等温过程： V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 等压过程： V3 V4 V p/atm 1 3 2 V1 一、绝热过程 系统不与外界交换热量的过程。 绝热过程中系统对外做功全部是以系统内能减少为代价的。 绝热方程 气体绝热自由膨胀 气体 真空 Q=0， W=0，△E=0 9-3-2 绝热过程 绝热线与等温线比较 膨胀相同的体积，绝热过程比等温过程压强下降得快 绝热线 等温线 等温 绝热 绝热线比等温线更陡。 例:1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大一倍，再等容加热至压力增大一倍，最后再经绝热膨胀，使其温度降至初始温度。如图，试求： （1）状态d的体积Vd；（2）整个过程对外所作的功;（3）整个过程吸收的热量。 解：（1）根据题意 又根据物态方程 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 再根据绝热方程 （2）先求各分过程的功 o V p 2p1 p1 V1 2V1 a b c d 大学物理（下）内容提要 热 学 光 学 近代物理 热力学定律 气体动理论 干涉 衍射 几何光学 波动光学 偏振 量子物理 狭义相对论 第 九 章 热力学基础 §9-1 热力学的基本概念 9-1-1 热力学系统 在热力学中把要研究的宏观物体（气体、液体、固体）称为热力学系统，简称系统。 外界：系统以外与系统有着相互作用的环境。 孤立系统：与外界不发生任何能量和物质的热力学系统。 封闭系统：与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。 状态参量：描述热力学系统状态的物理量。 描述气体的状态参量：压强、体积和温度。 垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。 压强（P）： 国际单位： 帕斯卡（Pa = N/m2） 1标准大气压 = 1.01325×105（Pa） = 760 mmHg 体积(V )： 气体分子自由活动的空间。 国际单位： 米3（m3 ） 温度(T)： 温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量。 摄氏温标： t ℃ 热力学温标： T K 水的冰点 —— 0 ℃ 水的沸点 —— 100℃ 绝对零度： T = 0 K t = -27