中南林业科技大学：《大学物理》PPT教学课件 第七章 （7.1）内能 功和热量 准静态过程

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 学习热力学的意义 1掌握自然界的基本规律 热力学第一定律:能量守恒 热力学第二定律:自然过程的方向 2学习唯象的研究方法 以实验为基础的逻辑推理的研究方法 3熵(S)的概念与“信息技术”密切相关 4热能是重要的能源,也是维持生命的主要来源 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第1页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第1页 1.掌握自然界的基本规律 热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：自然过程的方向 2.学习唯象的研究方法 以实验为基础的逻辑推理的研究方法 3.熵（S）的概念与“信息技术”密切相关 4.热能是重要的能源，也是维持生命的主要来源。 学习热力学的意义

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 改 internal energy 广义上的内能,是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。 某给定理想气体系统的内能,是组成该气体系统的全部 分子的动能之和,其值为E RT,由状态参量 mol T决定,内能互=ETl,是状态参量T的单值函数。 真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间 的引力势能。实验证明人,真实气体的内能,是状态参量 坌和V(或卫)的函数,即 EEEIT VL或E=E工pL。 总之,某给定气体系统的内能。只由该系统的状态所决定 在热力学中内能是一个重要的状态量。 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第2页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第2页 真实气体的内能除了其全体分子的动能外还包括分子之间 的引力势能。实验证明人，真实气体的内能，是状态参量 和 （或 ）的函数，即 或 。 总之，某给定气体系统的内能。只由该系统的状态所决定， 在热力学中内能是一个重要的状态量。 广义上的内能，是指某物体系统由其内部状态所决定的能量。 某给定理想气体系统的内能，是组成该气体系统的全部 分子的动能之和，其值为 ，由状态参量 决定，内能 ，是状态参量 的单值函数。 2 M i E RT Mmol = internal energy

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 中二功(过程量)宏观运动能量 热运动能量 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 准静态过程功的计算 (p1,V,T) da= Fd= Fdl= pSdl l dw= pdy da= pdy P2,2, p2 A o v, VV+dv v2 v y pdI 不同过程的功负功∏正功 注意:作功与过程有关 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第3页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第3页 二 功（过程量） 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 . 准静态过程功的计算 d d d d A F l F l pS l =  = = d d A p V = 2 1 d V V A p V =  注意：作功与过程有关 . 宏观运动能量 热运动能量

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 中)三热量(过程量) 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 功与热量的异同 T分子热运动 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第4页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第4页 T1 T2 T1  T2 三 热 量（过程量） 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 . 1）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； 宏观运动 分子热运动 功 分子热运动 分子热运动 热量 Q 3）功与热量的物理本质不同 . 1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡 功与热量的异同

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 ht热量是系统与外界仅由于 值D值停D值O 外 系统由温度71变到温度72 质量M 比热C 的过程中所吸收的热量 吸收热量dQ Q=∫4Q=m It Mno, cdr 温度升高d7界 系统吸收的热量为正>0 若计算结果Q<0则表示系统放热。 dQ=mcdi 若改用摩尔热容C 热量必须与过程相联系,只有发生 过程才有吸收或放出热量可言。 即1mol的物质温度升 高1K时所吸收的热量 系统从某一状态变到另一状态,若其 过程不同,则吸或放的热量也会不同。 则2g=CT故热量也是过程量 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第5页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第5页 热量是系统与外界仅由于 温度不同而传递的能量。 外 界 质量 M 比热 c 吸收热量 dQ 温度升高 dT 系统吸收的热量为正 若计算结果 则表示系统放热。 热量必须与过程相联系，只有发生 过程才有吸收或放出热量可言。 系统从某一状态变到另一状态，若其 过程不同，则吸或放的热量也会不同。 故 热量也是过程量 heat 的过程中所吸收的热量 系统由温度 T1 变到温度 T2 若改用摩尔热容 即1mol的物质温度升 高1K时所吸收的热量 则

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 内能状态量 是构成系统的全部分子 的平均能量之和。 是系统的宏观有序机械 功过程量运动与系统内大量分子无 规热运动的相互转化过程。 是外界物质分子无规热 热量过程量运动与系统内物质分子无 规热运动的相互转化过程 内能功热量的国际标准单位都是焦耳(J) 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第6页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第6页 内能 热量 功 状态量 过程量 过程量 是构成系统的全部分子 的平均能量之和。 是系统的宏观有序机械 运动与系统内大量分子无 规热运动的相互转化过程。 是外界物质分子无规热 运动与系统内物质分子无 规热运动的相互转化过程。 内能 功 热量 的国际标准单位都是 焦耳 （ J ）

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 传递能量的两种方式做功 传热 说明:做功与传热虽然有等效的一面,但本质上有着 区别。 区别 做功:通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动 与系统内分子无规则运动之间的转换。从而改变内能。 传热:通过分子间相互作用完成。作用是外界分子 无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。 从而改变了内能。 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第7页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第7页 传递能量的两种方式 做功 传热 说明：做功与传热虽然有等效的一面，但本质上有着 区别。 区别 做功：通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动 与系统内分子无规则运动之间的转换。从而改变内能。 传热：通过分子间相互作用完成。作用是外界分子 无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。 从而改变了内能

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 四准静态过程( quasI-Static process 热力学系统从一个状态变化到另一个状态, 称为热力学过程(简称“过程”) 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。 始平衡态 系列非一末平衡态 平衡态 热力学中,为能利用平衡态的性质,引入 准静态过程的概念 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第8页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第8页 始平衡态 一系列非 平衡态 末平衡态 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。 热力学中，为能利用平衡态的性质，引入 四 准静态过程（quasi-static process） 热力学系统从一个状态变化到另一个状态 , 称为热力学过程（简称“过程”）。 准静态过程的概念

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 准静态过程:系统的每一状态都无限接近于 午衡态的过程。即准静态过程是由一系列平衡 态组成的过程。 准静态过程是一个理想化的过程,是实际 过程的近似。 快 缓慢 非平衡态 接近平衡态 非准静态过程 准静态过程 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第9页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第9页 准静态过程：系统的每一状态都无限接近于 平衡态的过程。 态组成的过程。 即准静态过程是由一系列平衡 ←快 非平衡态 ←缓慢 接近平衡态 准静态过程是一个理想化的过程，是实际 过程的近似。 非准静态过程 准静态过程

§7-1内能功和热量准静态过程 第七章 中平衡即不变 过程即变化 矛盾统一于“无限缓慢” 只有过程进行得无限缓慢,每个中间态才可 看作是平衡态。 如何判断“无限缓慢”? 引入弛豫时间( relaxation time)r 平衡破坏恢复平衡 Δ过程>:过程就可视为准静态过程 所以无限缓慢只是个相对的概念。 2021年2月24日星期 http://blog.sinacomcn/p 第10页

§7-1 内能 功和热量 准静态过程 第七章 2021年2月24日星期三 http://blog.sina.com.cn/phy 第10页 矛盾 统一于“无限缓慢” 平衡即不变 过程即变化 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可 看作是平衡态。 如何判断“无限缓慢”？ 引入弛豫时间（relaxation time） ： 平衡破坏  恢复平衡 t过程 >  ：过程就可视为准静态过程 所以无限缓慢只是个相对的概念