第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第06-1講 熱力學(xué)第一定律 第06-2講 絕熱過程 循環(huán)過程 第06-3講 熱力學(xué)第二定律本章分三講 本 次 課 內(nèi) 容 6-1 氣 體 物 態(tài) 參 量 平 衡 態(tài) 理 想 氣 體 物 態(tài) 方 程 6-2 準 靜 態(tài) 過 程 功 熱 量 6-3 內(nèi) 能 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 6-4 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 在 等 值 過 程 中 的 應(yīng) 用課 本 pp177185； 練 習(xí) 冊 第 二 十 單 元第06-1講熱力學(xué)第一定律本 次 課 內(nèi) 容 重 新 組 合 一 氣 體 的 物 態(tài) 參 量 ( p,V,T )1)氣 體 壓 強 p 21Pa 1N m 2) 體 積 V : 3 3 3 31m 10 L 10 dm 51atm 1.013 10 Pa 3) 溫 度 T: 273.15T t 6-1 氣 體 物 態(tài) 參 量 平 衡 態(tài)MpV RT 二 平 衡 態(tài) 實 際 上 的 處 理 ： 1 ) 是 否 可 看 作 平 衡 態(tài) ？ 足 夠 長 時 間 2 ) 具 體 處 理 - 分 小 段 3 ) 遠 離 平 衡 態(tài) - 非 線 性 耗 散 結(jié) 構(gòu) 三 、 準 靜 態(tài) 過 程任 意 時 刻 的 中 間 態(tài) 無 限 接 近于 一 個 平 衡 態(tài) ，“ 無 限 緩 慢 ” 氣 體砂 堆準 靜 態(tài) 過 程p-V 圖 上 的 一 個 點 .p-V 圖 上 的 一 段 曲 線 . p V( , , )p V To 一 、 內(nèi) 能 功 和 熱 量 實 際 氣 體 內(nèi) 能 ： 所 有 分 子 熱 運 動 的 動 能 和 分 子 間 勢 能 的 總 和 。理 想 氣 體 內(nèi) 能 : 2M iE RT 內(nèi) 能 是 狀 態(tài) 量 ,是 溫 度 T 的 單 值 函 數(shù) 。 6-2 準 靜 態(tài) 過 程 功 熱 量 內(nèi) 能 是 狀 態(tài) 參 量 T、 V的 單 值 函 數(shù) 。 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 改 變 的 兩 種 方 式 : 做 功 可 以 改 變 系 統(tǒng) 的 狀 態(tài) 摩 擦 升 溫 （ 機 械 功 ） 、 電 加 熱 （ 電 功 ） 功 是 過 程 量 熱 量 傳 遞 可 以 改 變 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 熱 量 是 過 程 量使 系 統(tǒng) 的 狀 態(tài) 改 變 ， 傳 熱 和 作 功 是 等 效 的 。 a) b) 作 功 是 通 過 物 體 作 有 規(guī) 則 的 宏 觀 運 動 來 完 成 的 。 通過 作 功 來 實 現(xiàn) 物 體 的 有 規(guī) 則 宏 觀 運 動 與 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 分 子無 規(guī) 則 運 動 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 ， 從 而 改 變 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 。 傳 遞 熱 量 是 通 過 分 子 之 間 的 無 規(guī) 則 運 動 來 完 成的 。 通 過 傳 遞 熱 量 來 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 外 分 子 無 規(guī) 則 運 動與 系 統(tǒng) 內(nèi) 分 子 無 規(guī) 則 運 動 之 間 的 轉(zhuǎn) 換 ， 從 而 改 變系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 。 這 條 曲 線 的 方 程 稱 為 過 程 方 程 ，準 靜 態(tài) 過 程 是 一 種 理 想 的 極 限 。 三 、 準 靜 態(tài) 過 程 的 功 和 熱 量 當(dāng) 活 塞 移 動 微 小 位 移 dl時 ，系 統(tǒng) 對 外 界 所 作 的 元 功 為 ：pdVpSdlFdldA 系 統(tǒng) 體 積 由 V1變 為 V2， 系 統(tǒng) 對 外 界 作 總 功 為 ： 21VV pdVdAA 體 積 功 的 計 算 : dl epp SF 光 滑1. 準 靜 態(tài) 過 程 中 的 功 : a) 公 式 適 用 條 件 : 1 ) 準 靜 態(tài) 過 程 。 2 ) 外 界 壓 力 保 持 恒 定 情 況 下 的 非 準 靜 態(tài) 過 程 ,此 時 P應(yīng) 理解 為 外 界 壓 強 。如 ： 氣 體 的 自 由 膨 脹 過 程 中 ， 系 統(tǒng) 對 外 作 的 功 A 0 3 ) 無 論 是 準 靜 態(tài) 過 程 ， 還 是 非 準 靜 態(tài) 過 程 ， 體 積不 變 時 ， 都 有 A 0 b) 功 的 圖 示 ：P A B V0 dVP * 功 的 大 小 等 于 P V圖 上 過 程 曲 線 下 的 面 積 。* 功 是 過 程 量 1V 2V 11VV PdV PdV )TT(CMMQ mmol 12 Cm (摩 爾 熱 容 )： 1mol物 質(zhì) 升 高 1K所 吸 收 的 熱 量熱 容 法 : dTCMMdQ mmol利 用 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 :2. 準 靜 態(tài) 過 程 中 熱 量 的 計 算 : a ) b ) WEEQ 12 系 統(tǒng) 從 外 界 吸 收 的 熱 量 ,一 部 分 使 系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 增加 , 另 一 部 分 使 系 統(tǒng) 對 外 界 做 功 . 2 1 dVV VpEQ準 靜 態(tài) 過 程 VpEWEQ ddddd 微 小 過 程 6-3 熱 力 學(xué) 第 一 定 律一 、 熱 力 學(xué) 第 一 定 律系 統(tǒng) 從 外 界 吸 收 的 熱 量 .Q: ： 系 統(tǒng) 對 外 界 作 的 功 12 EEE 系 統(tǒng) 內(nèi) 能 的 增 量 a） 能 量 轉(zhuǎn) 換 和 守 恒 定 律 . 第 一 類 永 動 機 是 不可 能 制 成 的 . b） 實 驗 經(jīng) 驗 總 結(jié) ， 自 然 界 的 普 遍 規(guī) 律 .WEWEEQ 12+ 12 EE 系 統(tǒng) 吸 熱系 統(tǒng) 放 熱 內(nèi) 能 增 加內(nèi) 能 減 少 系 統(tǒng) 對 外 界 做 功外 界 對 系 統(tǒng) 做 功第 一 定 律 的 符 號 規(guī) 定Q W物 理 意 義 6-4 、 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 在 理 想 氣 體 等 值 過 程 中 的 應(yīng) 用T2T1p V0 ab 等 體 過 程 中 ， 外 界 傳 給 氣 體 的 熱 量 全 部 用 來 增加 氣 體 的 內(nèi) 能 ， 系 統(tǒng) 對 外 不 作 功 。1. 等 體 過 程 : 特 征 : dV=0 功 ： A 0 TRiMEQ 2由 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 得 ：一 . 熱 力 學(xué) 第 一 定 律 在 理 想 氣 體 等 值 過 程 中 的 應(yīng) 用 等 壓 過 程 中 系 統(tǒng) 吸 收 的 熱 量 一 部 分 用 來 增 加系 統(tǒng) 的 內(nèi) 能 ， 一 部 分 用 來 對 外 做 功 。 1 2p 21O VV VRTMMpV mol2. 等 壓 過 程 : 特 征 : dP=0 )TT(RMM)TT(RiMM )VV(pEQ molmolp 1212 122 )VV(ppdVA VVp 1221 )TT(RMMmol 12 3. 等 溫 過 程 : 特 征 : d T=0 dE=0 VRTMmp 2 1 dVVT VpWQ 1 2),( 11 TVp ),( 22 TVp1p2p 1V 2V p Vo VdVpWQT ddd 21 2 11 2ln lnVV V PM MW PdV RT RTV P 二 . 氣 體 的 摩 爾 熱 容 量dTdQC 1摩 爾 物 質(zhì) 溫 度 升 高 1K時 所 吸 收 的 熱 量 稱 為 該 物 質(zhì)的 摩 爾 熱 容 ， 用 C來 表 示 :1.摩 爾 熱 容 量 的 定 義 : 11 molKJ單 位 ： VV )dTdQ(C V)dTdE( RdTidE 2理 想 氣 體理 想 氣 體 的 內(nèi) 能 另 表 述 VmolME C TMRiCV 2 RR R262523 剛 性 單 原 子剛 性 雙 原 子剛 性 多 原 子1.) 理 想 氣 體 的 定 體 摩 爾 熱 容 :2、 理 想 氣 體 的 摩 爾 熱 容 量 : 邁 耶 公 式 在 等 壓 過 程 ， 溫 度 升 高 1度 時 ， 1mol理 想 氣 體 多吸 收 8.31J的 熱 量 ， 用 來 轉(zhuǎn) 換 為 膨 脹 時 對 外 做 功 。3.) 比 熱 容 比 :2. ) 理 想 氣 體 的 定 壓 摩 爾 熱 容摩 爾 數(shù) 為 的 理 想 氣 體 在 等 壓 過 程 中 吸 收 的 熱 量 為 : TCMQdTCMdQ PPP 12 iiCCVP 2 2PP VdQ dE PdV iC C R RdT dT M 單 : 5.12VC 8.20pC 雙 : 8.20VC 1.29pC 例 :某 理 想 氣 體 的 p-V關(guān) 系 如 圖 所 示 ，由 初 態(tài) a經(jīng) 準 靜 態(tài) 過 程 直 線 ab變 到終 態(tài) b。 已 知 該 理 想 氣 體 的 定 體 摩爾 熱 容 量 CV=3R， 求 該 理 想 氣 體 在ab過 程 中 的 摩 爾 熱 容 量 。解 ： ab過 程 方 程 為 )(tanVp 恒 量設(shè) 該 過 程 的 摩 爾 熱 容 量 為 Cm RTpV RTVtan 2 o V p a bpdVdTCdTC Vm RdTpdV 2dTRdTCdTC Vm 2 RRCC Vm 272