河海大学：《大学物理》课程PPT教学课件（热学）第三章 热力学第一定律

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第三章 热力学第一定律 目录

第三章热力学第一定律 s3.1准静态过程 §3.2功 §3.3热量热力学第一定律 §34热容 §3.5绝热过程 §3.6循环过程 §3.7卡诺循环 §3.8致冷循环

第三章 热力学第一定律 § 3.1 准静态过程 § 3.2 功 § 3.3热量 热力学第一定律 § 3.4 热容 § 3.5 绝热过程 § 3.6 循环过程 § 3.7 卡诺循环 § 3.8 致冷循环

§3.1准静态过程 Quasi-static process 个系统的状态发生变化时就说系统在經历一个过程 准静态过程过程中的每一状态都无限接近平衡态 不受外界影响时,系统的宏观性质不随时间改变。 举例1:外界对系统做功过程无限缓慢 NNN非平衡态到平衡态的过渡时间, 即弛豫时间,约103秒,如果 实际压缩一次所用时间为1秒, 就可以说是准静态过程 外界压强总比系统压强大一小量△P,就可以缓慢压缩

§3.1 准静态过程 Quasi-static process 不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。 举例1：外界对系统做功 u 过程无限缓慢 非平衡态到平衡态的过渡时间， 即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如果 实际压缩一次所用时间为1 秒， 就可以说 是准静态过程。 外界压强总比系统压强大一小量△P ， 就可以 缓慢压缩。 一个系统的状态发生变化时,就说系统在経历一个过程 准静态过程 过程中的每一状态都无限接近平衡态

举例2:系统(初始温度T1)从外界吸热 从T1→T2是准静态过程 系统T 系统温度T1直接与热源 T接触,最终达到热平衡, 不是准静态过程。 T1+△TT1+2△TT1+3△T 等 因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态,故准静态温 线 过程可以用系统的状态图,如 线 P图(或P-T图,LT图)中 等压线 条曲线表示,反之亦如此。0 V

举例2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热 系统T1 T1+△T T1+2△T T1+3△T T2 从 T1 T2 是准静态过程 系统 温度 T1 直接与 热源 T2接触，最终达到热平衡， 不是 准静态过程。 因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态，故准静态 过程可以用系统的状态图，如 P-V图（或P-T图，V-T图）中 一条曲线表示，反之亦如此。 等 温 线 容 等 线 等 压 线 P 0 V

§32功(work) 做功可以改变系统的状态 摩擦升温(机械功)、电加热(电功) 功是过程量 准静态过程气体对外界做功: F=Ps dA=Fdi= psdl= p dv dl A=w2 PdV dV增大,系统做正功 S dV减小,系统做负功

§3.2 功 (Work) • 做功可以改变系统的状态 • 摩擦升温（机械功）、电加热（电功） • 功是过程量 准静态过程气体对外界做功： P dl S F =PS A = 1 2 V P d V  V dA =F.dl =PSdl = P dV dV增大,系统做正功 dV减小,系统做负功

p Vi dv V2 V da= Pdv A Pdv 功的几何意义:功在数值上等于P~V图 上过程曲线下的面积

功的几何意义: 功在数值上等于P ~V 图 上过程曲线下的面积。 d p 1 2 1 2 p o V V V V dA = P dV A 1 = 2 V P d V  V

焦耳实验 温度上升 搅拌器 88 绝热壁 T1 2 外界对系统作功使系统状态改变,根据能量 守恒定律所作的功将以某种能量形式储存在 系统内,称这一能量为系统的内能。 系统的内能是状态量只与初、末态有关,与过程无关 理想气体:|B=2成内能的变化△E。=「4E=E=E

外界对系统作功使系统状态改变，根据能量 守恒定律所作的功将以某种能量形式储存在 系统内，称这一能量为系统的内能。 绝 热 壁 焦耳实验 T1 T2 搅拌器 温度上升 理想气体 ：E i = RT 2  系统的内能是状态量 只与初、末态有关，与过程无关 E12 dE E E 1 2 内能的变化： =  = 2 − 1

§3.3热量热力学第一定律 (Heat, The first law of thermodynamics) ☆热量 系统和外界温度不同,就会传热,或称能量交换, 热量传递可以改变系统的状态。 热量是过程量 微小热量:dQ>0表示系统从外界吸热 总热量:Q=JdQ积分与过程有关

系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换， 热量传递可以改变系统的状态。 微小热量 ： dQ > 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。 总热量： Q =  1 dQ 2 积分与过程有关。 热量是过程量 §3.3热量 热力学第一定律 (Heat,The first law of thermodynamics) * 热量

热力学第一定律 某一过程,系统从外界吸热Q,对外界做功W, 系统内能从初始态E变为E2,则由能量守恒: Q=E2-E1+ A Q吸热为+,放热为E-E系统的内能增量 A—系统对外作功为+,外界对系统作功为 对于一微小的过程第一定律可表示为 dq=de+ dA 第一定律的实质是包含括热量在内的能量守 恒和转换定律

第一定律的实质是包含括热量在内的能量守 恒和转换定律。 * 热力学第一定律 Q = E2 E1 + A 对于一微小的过程第一定律可表示为： dQ = d E + d A • 某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W， 系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒： 吸热为 +，放热为 A 系统对外作功为+，外界对系统作功为- E E 2 1 Q 系统的内能增量

Q=E2-EI+A 对无限小过程:dQ=aE+dA 例: 阀门 打开阀门,水温一直不 变 问:1)气体吸热? 真空 2)气体温度? 水 3)气体内能? 4)气体做功?

Q = E2 − E1 + A 对无限小过程： dQ = dE + dA 气体 真空 阀门 例： 水 打开 阀门，水温一直不 变 问： 1）气体吸热？ 2）气体温度？ 3）气体内能？ 4）气体做功？