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1、13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)是研究物質(zhì)世界中有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀熱力學(xué)是研究物質(zhì)世界中有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀理論，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是將一物質(zhì)理論，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是將一物質(zhì)系統(tǒng)中大量粒子看作一個(gè)整體，研究系統(tǒng)所表現(xiàn)系統(tǒng)中大量粒子看作一個(gè)整體，研究系統(tǒng)所表現(xiàn)的各種宏觀性質(zhì)和規(guī)律。的各種宏觀性質(zhì)和規(guī)律。熱力學(xué)第一定律是熱力學(xué)的基本定律，是一個(gè)熱力學(xué)第一定律是熱力學(xué)的基本定律，是一個(gè)包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的定律。包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的定律。熱力學(xué)第一定律

2、首先涉及到熱力學(xué)第一定律首先涉及到熱量熱量功功內(nèi)能內(nèi)能的基本概念的基本概念13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)1. 幾個(gè)熱力學(xué)概念幾個(gè)熱力學(xué)概念(i) 熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)中的研究對象熱力學(xué)中的研究對象(如氣體如氣體, 液體液體, 固體固體, 電介質(zhì)和電介質(zhì)和磁介質(zhì)等磁介質(zhì)等)叫做熱力學(xué)系統(tǒng)叫做熱力學(xué)系統(tǒng).熱力學(xué)系統(tǒng)簡稱為熱力學(xué)系統(tǒng)簡稱為系統(tǒng)系統(tǒng). 也稱為工作物質(zhì)也稱為工作物質(zhì).(ii) 外界外界 : 系統(tǒng)之外并與系統(tǒng)相互作用的物體稱系統(tǒng)之外并與系統(tǒng)相互作用的物體稱為外界為外界.(iii)熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程: 熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)變化到另熱力學(xué)系統(tǒng)從一

3、個(gè)平衡態(tài)變化到另一個(gè)平衡態(tài)的過程一個(gè)平衡態(tài)的過程./17一一 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程（理想化的過程）（理想化的過程）13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)2. 非靜態(tài)過程和準(zhǔn)靜態(tài)過程非靜態(tài)過程和準(zhǔn)靜態(tài)過程熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)過程熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)過程(一系列的中間狀態(tài)一系列的中間狀態(tài))到達(dá)另一個(gè)平衡態(tài)到達(dá)另一個(gè)平衡態(tài).根據(jù)中間狀態(tài)的特點(diǎn)可以將熱力根據(jù)中間狀態(tài)的特點(diǎn)可以將熱力學(xué)過程可分為學(xué)過程可分為非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程和和準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程.非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程 : 中間狀態(tài)為非平衡態(tài)的熱力學(xué)過中間狀態(tài)為非平衡態(tài)的熱力學(xué)過程稱為非靜態(tài)過程程稱為非靜態(tài)過程.

4、準(zhǔn)準(zhǔn)靜態(tài)過程靜態(tài)過程 : 在始末兩個(gè)平衡態(tài)之間的每一個(gè)中間狀在始末兩個(gè)平衡態(tài)之間的每一個(gè)中間狀態(tài)都可近似地看成平衡態(tài)的熱力學(xué)過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)都可近似地看成平衡態(tài)的熱力學(xué)過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程態(tài)過程.準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個(gè)理想化的過程準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個(gè)理想化的過程.從下面的例子從下面的例子, 大家可以理解大家可以理解準(zhǔn)靜態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過程的含義過程的含義. /1713-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)氣體氣體活塞活塞砂子砂子如圖是一個(gè)帶有活塞的容器.活塞的下面有一定質(zhì)量的氣體.活塞上放有一些砂粒.開始時(shí)氣體的狀態(tài)為(V1,T1, p1)將活塞上的砂粒一顆一顆地緩慢取走.氣體的狀態(tài)將非常

5、緩慢地變?yōu)槟顟B(tài)(V2,T2, p2).這個(gè)過程可近似地作為準(zhǔn)靜態(tài)過程.),(111TVp),(222TVp1V2V1p2ppVo123. 過程曲線過程曲線系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)過程到達(dá)末態(tài)用p-V圖的一條曲線表示.此曲線稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程曲線, 簡稱為過程曲線.13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)二二 功功（過程量）（過程量） 1 功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化.宏觀運(yùn)動(dòng)能量宏觀運(yùn)動(dòng)能量熱運(yùn)動(dòng)能量熱運(yùn)動(dòng)能量氣體壓強(qiáng)活塞面積氣體系統(tǒng)體積變化過程所做的功（體積功）元功氣體膨脹 系統(tǒng)對外做正功氣體

6、被壓縮 系統(tǒng)對外做負(fù)功13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)氣體壓強(qiáng)活塞面積與過程有關(guān)體積從 變到 系統(tǒng)所做的功 沿 a c b 過程的功沿 a d b 過程的功系統(tǒng)通過體積變化實(shí)現(xiàn)作功。熱力學(xué)中的功是與系統(tǒng)始末狀態(tài)和過程都有關(guān)的一種過程量。二二 功功（過程量）（過程量）13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)1T2T21TT 三三 熱熱 量量（過程量過程量） 通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統(tǒng)通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞 .Q13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第

7、十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)（1）都是都是過程量：與過程有關(guān)；過程量：與過程有關(guān)；（2）等效性：改變系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作用相同；等效性：改變系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作用相同；即可以即可以 通過做功通過做功, 或傳遞熱量改變系統(tǒng)的狀態(tài)或傳遞熱量改變系統(tǒng)的狀態(tài). 宏觀運(yùn)動(dòng)宏觀運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)功功分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)熱量熱量（3）功與熱量的物理本質(zhì)不同功與熱量的物理本質(zhì)不同 .1 cal = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal功與熱量的異同功與熱量的異同13-1 準(zhǔn)靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章

8、熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)理想氣體的內(nèi)能是氣體內(nèi)所有分子的動(dòng)能和分子內(nèi)原子間的勢能之和.但熱力學(xué)系統(tǒng)不僅可以是氣體, 還可以是液體, 固體等.熱力學(xué)系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時(shí)所具有的能量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)的內(nèi)能. .)(TEE 理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù),即內(nèi)能是表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù).一般氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù), 即),(TVEE 一一 內(nèi)能內(nèi)能 （狀態(tài)量）（狀態(tài)量）總之，某給定氣體系統(tǒng)的內(nèi)能。只由該系統(tǒng)的狀態(tài)所決定，在熱力學(xué)中內(nèi)能是一個(gè)重要的狀態(tài)量。),(PTEE 13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)能內(nèi)能熱量熱量功功狀態(tài)量過程量過程量是構(gòu)成系統(tǒng)的全部分子的平均

9、能量之和。是系統(tǒng)的宏觀有序機(jī)械運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)大量分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)化過程。是外界物質(zhì)分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)分子無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)化過程。內(nèi)能內(nèi)能 功功 熱量熱量 的國際標(biāo)準(zhǔn)單位都是 焦耳焦耳 （ J J ） 系統(tǒng)內(nèi)能的改變可以由外界向系統(tǒng)傳遞熱量來實(shí)現(xiàn), 也可以由外界對系統(tǒng)做功來實(shí)現(xiàn).13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)外界對系統(tǒng)做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加; 系統(tǒng)對外界做功使系統(tǒng)內(nèi)能減少; 外界對系統(tǒng)傳熱使系統(tǒng)內(nèi)能增加; 系統(tǒng)對外界傳熱使系統(tǒng)內(nèi)能減少; 但但不管是通過不管是通過做功做功還是還是熱傳遞熱傳遞使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生改使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生改變變, , 內(nèi)能的變化內(nèi)

10、能的變化只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān)只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān), , 與與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān)系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān). .做功做功, 傳熱和內(nèi)能的變化之間的定傳熱和內(nèi)能的變化之間的定律關(guān)系如何律關(guān)系如何 ? 2AB1*pVoCEEBABA21/1713-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)的內(nèi)能為E1; (i) 若外界向系統(tǒng)傳遞熱量為Q; 外界對系統(tǒng)做功為Wex;系統(tǒng)達(dá)到末態(tài)時(shí)的內(nèi)能為E2; 12*pVo1V2VE1E2根據(jù)能量守恒定律, 有exWQEE12EWEEWQ)(12即系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q與外界對系統(tǒng)做功Wex之和.( (ii)

11、 若外界向系統(tǒng)傳遞熱量Q, 系統(tǒng)對外界做功W, 根據(jù)能量守恒定律, 有13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的一種表達(dá)形式。該定律的另一種通俗表述是：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。 第一類永動(dòng)機(jī)是指能不斷對外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗較少的能量卻能得到更多的機(jī)械功的機(jī)器。13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的一種表達(dá)形式。該定律的另一種通俗表述是：第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。 第一類永動(dòng)機(jī)是指能不斷對外作功而又不需消耗任何形

12、式的能量、或消耗較少的能量卻能得到更多的機(jī)械功的機(jī)器。對于一個(gè)無限小的過程，熱力學(xué)第一定律可寫成式中各量均為代數(shù)量，有正有負(fù)系統(tǒng)吸收熱量，或?yàn)檎?，放出熱量則為負(fù)系統(tǒng)內(nèi)能增加，或?yàn)檎?，?nèi)能減少則為負(fù)系統(tǒng)對外作功，或?yàn)檎?，外界對系統(tǒng)作功則為負(fù)式中各量的單位制必須統(tǒng)一。13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)WEWEEQ12+E系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功第一定律的符號規(guī)定第一定律的符號規(guī)定QW13-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ)例例 習(xí)題習(xí)題13-

13、10 一定量的空氣一定量的空氣, 吸收了吸收了1.71103J的熱量的熱量, 并保持并保持在在1.0 105Pa下膨脹下膨脹, 體積從體積從1.010-2m3增加到增加到1.510-2m3, 問空問空氣對外作了多少功氣對外作了多少功 ? 它的內(nèi)能改變了多少它的內(nèi)能改變了多少?21dVVVpW解解 (i) 由于氣體在膨脹過程中壓強(qiáng)保持不變由于氣體在膨脹過程中壓強(qiáng)保持不變, 因此氣體對因此氣體對外做功為外做功為VpVpVV21d)100 . 1105 . 1 (100 . 1225J225105105 . 0100 . 1(ii) 由熱力學(xué)第一定律由熱力學(xué)第一定律, 得得, 氣體的內(nèi)能改變?yōu)闅怏w的內(nèi)能改變?yōu)镋WQWQEJ3331021. 1105 . 01071. 1/1713-2 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律第十三章第十三章 熱力學(xué)基礎(chǔ)熱力學(xué)基礎(chǔ) 作作 業(yè)業(yè)13 - 1013 - 813 - 7