清华大学：《大学物理》第二册课程PPT教学课件（热学）第3章 热力学第一定律

热学 Heat 第3章 17 热力学第一定律 2005年秋季学期 陈信义编

热 学 Heat 2005年秋季学期 第3章 热力学第一定律 陈信义编

利用热作功的机景,称为熟机。 演示实验】热机演示 热磁轮 冷热水温差电机 记忆合金电机

2 利用热作功的机器，称为热机。 热磁轮 冷热水温差电机 记忆合金电机 【演示实验】热机演示

目录 §31功、热、内能 §32热力学第一定律 §33准静态过程 §34热容 §35绝热过程 §36循环过程 §37卡诺循环 §38致冷循环

目 录 §3.1 功、热、内能 §3.2 热力学第一定律 §3.3 准静态过程 §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

§31功、内能、热 热力学糸统外界状态过程 1、功○作功可改变糸统的状态 R 水 水 电源 机械功 电功 作功的基本特征:有规则动能→无规则动能

4 §3.1 功、内能、热 热力学系统 外界 状态 过程 1、功 作功可改变系统的状态 作功的基本特征：有规则动能→无规则动能 机械功 电源 R 电功 水 水

O功是一个过程量 功不仅与糸统的始、末状态有头,而且与 所经历的过程有关。 过程1 过程2: 导热壁绝热壁 Vi T →I吃T 系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗?

功是一个过程量 功不仅与系统的始、末状态有关，而且与 所经历的过程有关。 V1 T1 V2 T2 导 热 壁 过程1： V1 T1 V2 T2 绝 热 壁 过程2： 系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？

2、系统的内能 分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能,核能… O过程中保持不变的能量不必计入内能 核能~10·eV,分子原子结合能~leV leV热能相当温度~104K 温度不太高时,不考虑分子内部原子结 合能,核能…。冻结相应自由度

6 2、系统的内能 过程中保持不变的能量不必计入内能 温度不太高时，不考虑分子内部原子结 合能，核能···。 核能 ～106 eV，分子原子结合能～1eV 1eV 热能相当温度～104 K 分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· 冻结相应自由度

○狸想气体内能只与温度有关 E理=E理(7)=VR7 实际气体:E=E(T,V 实际气体的内能, r此相应理想气体的 内能大还是小? O内能是糸统的状态函数

Ep r r0 0 理想气体内能只与温度有关 实际气体： E = E(T,V ) RT i E E T  2 理 = 理( ) = 内能是系统的状态函数 实际气体的内能， 比相应理想气体的 内能大还是小？

3、热量 ○传热也可改变糸统的状态 传热条件:系统和外界温度不同,且不绝热 “热量”一被传递的热量 外界 d>0系统从外界吸热、系统〈a <0系统向外界放热 ○微观本质:分子无规则运动能量从高温物体 向低温物体转移(传递)。 O传热与过程有关,热量也是一个过程量。8

8 3、热量 传热也可改变系统的状态 传热条件：系统和外界温度不同，且不绝热。 “热量”— 被传递的热量 系统 dQ 外界 dQ dQ >0 系统从外界吸热 <0 系统向外界放热 微观本质：分子无规则运动能量从高温物体 向低温物体转移（传递）。 传热与过程有关，热量也是一个过程量

§32热力学第一定律 对于任何宏观糸统的任何过程,糸统从外界 吸收的热量等于糸统内能的增量和糸统对外儆 的功之和 Q=EE1+A 注意:Q和4都是代数量。 对初、末态为平衡态的无限小过程 dQ=dE +da 涉及热现象的能量守恒定律的表述 不需能量输入而能继续做功的“第一类永 动机”不存在

§3.2 热力学第一定律 Q = E2－E1 + A 对于任何宏观系统的任何过程，系统从外界 吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外做 的功之和 注意：Q和A都是代数量。 —涉及热现象的能量守恒定律的表述 —不需能量输入而能继续做功的“第一类永 动机”不存在。 对初、末态为平衡态的无限小过程 dQ = dE + dA

O“内能”的一个可操作的定义 以绝热方式(无热量交换)做功,所做的 绝热功”等于系统内能的增量 E2-E1=A(绝热过程) ○“热量”的一个可操作的定 义在不对系统作功的传热过程中,系统从外 界吸收的热量等于系统内能的增量 Q=E2-E1(无功过程)

10 “内能”的一个可操作的定义 以绝热方式（无热量交换）做功，所做的 “绝热功”等于系统内能的增量 在不对系统作功的传热过程中，系统从外 界吸收的热量等于系统内能的增量 “热量”的一个可操作的定 义 Q = E2 - E1（无功过程） E2 - E1 = A（绝热过程）