大學(xué)物理熱學(xué)課件

大學(xué)物理熱學(xué)大學(xué)物理熱學(xué)1熱學(xué)1．什么是熱學(xué)2．兩種研究方法以物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及熱運(yùn)動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律為研究對(duì)象的一門(mén)學(xué)科。熱力學(xué)——宏觀理論不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。第十三章統(tǒng)計(jì)物理學(xué)——微觀理論.第十二章熱學(xué)1．什么是熱學(xué)2．兩種研究方法以物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及熱212－1氣體物態(tài)參量平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程一、氣體物態(tài)參量第十三章熱力學(xué)基礎(chǔ)p、V、T1.氣體壓強(qiáng)P：力學(xué)描述.2.體積V：幾何描述.

3.溫度T：熱學(xué)描述單位：溫標(biāo)K（開(kāi)爾文）.12－1氣體物態(tài)參量平衡態(tài)一、氣體物態(tài)參量第十三章3二、平衡態(tài)理想氣體的物態(tài)方程1、平衡態(tài)可以用P--V圖上的一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。

pV2、物態(tài)方程3、理想氣體的物態(tài)方程理想氣體：氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大時(shí)，可近似為理想氣體。m——?dú)怏w質(zhì)量M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量R=8.31J·mol-1·K-1——摩爾氣體常量二、平衡態(tài)理想氣體的物態(tài)方程1、平衡態(tài)可以用P--V4可用Ｐ－V圖上的一條有方向的曲線表示。13-1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功熱量一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程元功：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，系統(tǒng)對(duì)外界作總功為：二、功準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外界做功：可用Ｐ－V圖上的一條有方向的曲線表示。13-1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)5注意：2、功等于P—V圖上過(guò)程曲線下的面積,體積增加取正,減小取負(fù)。3、功是過(guò)程量功與過(guò)程的路徑有關(guān)，V不變時(shí)W=01、V，W>0；V，W<0或外界對(duì)系統(tǒng)作功4、作功是改變系統(tǒng)內(nèi)能的一種方法。Q單位：J(焦耳)

①熱量與功一樣都是過(guò)程量。說(shuō)明：

②傳遞熱量和作功都可改變系統(tǒng)的內(nèi)能三、熱量注意：2、功等于P—V圖上過(guò)程曲線下的面積,體積增加取正,6所有分子各種熱運(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）能量和分子間相互作用勢(shì)能13－2熱力學(xué)第一定律內(nèi)能一、內(nèi)能說(shuō)明：①改變內(nèi)能的方式：做功，傳遞熱量。②內(nèi)能E是狀態(tài)量，因此內(nèi)能變化△E僅與始末狀態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān).2AB1**2AB1**所有分子各種熱運(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）能量和分子間相互作7實(shí)際氣體③理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)單原子分子剛性雙原子分子剛性多原子分子溫度越高內(nèi)能越大i：自由度實(shí)際氣體③理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)單原子分子剛性雙原子分8二、熱力學(xué)第一定律對(duì)于微小過(guò)程符號(hào)規(guī)定+系統(tǒng)實(shí)際吸熱系統(tǒng)實(shí)際放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外做正功即：體積增加系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功或外界對(duì)系統(tǒng)做功即:體積減?。?）對(duì)于理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有：(2)熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定律對(duì)任何物質(zhì)的任何過(guò)程都成立.注意Q：系統(tǒng)吸熱W：系統(tǒng)對(duì)外做功二、熱力學(xué)第一定律對(duì)于微小過(guò)程符號(hào)規(guī)定+系統(tǒng)實(shí)際吸熱系統(tǒng)實(shí)際9

13-14.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)A沿ABC變化到狀態(tài)C的過(guò)程中，外界有326J的熱量傳遞給系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)外作功126J。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)C沿另一曲線返回到狀態(tài)A時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功為52J，則此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞熱量是多少？解：ABC過(guò)程J126ABC=WJ,326ABC=QJ200ABCABCAC=-=DWQE

從C到A過(guò)程：負(fù)號(hào)表示系統(tǒng)向外界放熱252J。J200CA-=DEJ252CACACA-=+D=WEQ

13-14.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)A沿ABC變化到狀態(tài)C的過(guò)101.等體過(guò)程V=恒量T2T1pV0ab第一定律特點(diǎn)：13－3理想氣體的等體過(guò)程和等壓過(guò)程摩爾熱容一、等體過(guò)程定體摩爾熱容WV=0過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化過(guò)程曲線：吸收的熱量全部用來(lái)內(nèi)能增加;或向外界放熱以?xún)?nèi)能減小為代價(jià);系統(tǒng)對(duì)外不作功。1.等體過(guò)程V=恒量T2T1pV0ab第一定律特點(diǎn)：13－3113、理想氣體定體摩爾熱容定義：1mol、等體過(guò)程升高1度所需的熱量等體過(guò)程吸熱等體過(guò)程內(nèi)能的增量理想氣體的內(nèi)能另表述：理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程熱力學(xué)第一定律：3、理想氣體定體摩爾熱容定義：1mol、等體過(guò)程升高1度所需12P=恒量第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量一部分用來(lái)內(nèi)能增加，一部分用來(lái)對(duì)外做功。二、等壓過(guò)程定壓摩爾熱容1、等壓過(guò)程過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化過(guò)程曲線：P=恒量第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量一部分用來(lái)內(nèi)能增加，一部分用132、定壓摩爾熱容定義：1mol、等壓過(guò)程中升高1度所需的熱量。等壓過(guò)程的吸熱Mayer公式等壓過(guò)程第一定律2、定壓摩爾熱容定義：1mol、等壓過(guò)程中升高1度所需的熱量14摩爾熱容比泊松比1.67單原子分子理想氣體雙原子分子理想氣體多原子分子理想氣體1.401.33摩爾熱容比泊松比1.67單原子分子理想氣體雙原子分子理想氣體15等容等壓欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T、ν等容等壓欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T、ν1613-13：一壓強(qiáng)為1.0×105Pa，體積為1.0×10-3m3的氧氣自0℃加熱到100℃,問(wèn):(1)當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),需要多少熱量?當(dāng)體積不變時(shí),需要多少熱量?(2)在等壓或等體過(guò)程中各作了多少功？解：根據(jù)題意得（1）（2）得:由或用熱力學(xué)第一定律求解。13-13：一壓強(qiáng)為1.0×105Pa，體積為1.0×10-17T=恒量pVp1p2III..OV2V113－4理想氣體的等溫過(guò)程和絕熱過(guò)程一、等溫過(guò)程過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外作功，內(nèi)能保持不變。過(guò)程曲線T=恒量pVp1p2III..OV2V113－4理想氣體18二、絕熱過(guò)程1、絕熱過(guò)程Qa=0功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律特點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)外界所作的功以?xún)?nèi)能減少為代價(jià)。2、絕熱過(guò)程方程二、絕熱過(guò)程1、絕熱過(guò)程Qa=0功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律19絕熱過(guò)程曲線的斜率等溫過(guò)程曲線的斜率絕熱線的斜率大于等溫線的斜率.常量常量常量3、絕熱過(guò)程曲線絕熱線比等溫線陡。證明:絕熱過(guò)程曲線的斜率等溫過(guò)程曲線的斜率絕熱線的斜率大于等溫線的20等容等壓等溫絕熱總結(jié):欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T過(guò)程方程等容等壓等溫絕熱總結(jié):欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P21例:設(shè)有5mol的氫氣,最初的壓強(qiáng)為溫度為,求在下列過(guò)程中,把氫氣壓縮為原體積的1/10需作的功:1）等溫過(guò)程.2）絕熱過(guò)程.3）經(jīng)這兩過(guò)程后,氣體的壓強(qiáng)各為多少？解1）等溫過(guò)程2）絕熱過(guò)程

12常量由得：3）等溫過(guò)程絕熱過(guò)程例:設(shè)有5mol的氫氣,最初的壓強(qiáng)為22可用P-V圖上一條有方向的閉合曲線表示。13－5循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)一、循環(huán)過(guò)程1、定義：2、循環(huán)過(guò)程的分類(lèi)OpV逆３、內(nèi)能的變化、功、熱量：內(nèi)能變化：吸收的熱量：正可用P-V圖上一條有方向的閉合曲線表示。13－5循環(huán)過(guò)程23經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后對(duì)外作的凈功氣體對(duì)外所作的凈功為：等于閉合曲線所包圍的面積正循環(huán)取正號(hào),逆循環(huán)取負(fù)號(hào)。經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后對(duì)外作的凈功氣體對(duì)外所作的凈功為：等于閉合曲線24求Ｗ或Ｑ的方法：②求得Qi，然后代數(shù)和即為Ｑ或Ｗ法二：循環(huán)過(guò)程分為幾個(gè)小過(guò)程，對(duì)每一個(gè)小過(guò)程用第一定律③求得Qi，將所有正的相加為Q1，表示循環(huán)過(guò)程吸熱;所有負(fù)的相加取絕對(duì)值（或負(fù)號(hào)）為Q2，表示循環(huán)過(guò)程放熱。則有法一：Ｐ--Ｖ圖上閉合曲線包圍的面積帶上正負(fù)號(hào)。AB①求得Ｗi，然后代數(shù)和即為Ｗ或Ｑ;求Ｗ或Ｑ的方法：②求得Qi，然后代數(shù)和即為Ｑ或Ｗ法二：循25熱機(jī)（正循環(huán)）AB2、熱機(jī)效率：表示熱機(jī)的效能。熱機(jī)熱機(jī)示意圖二、熱機(jī)和制冷機(jī)1、熱機(jī)：如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB2、熱機(jī)效率：表示熱機(jī)的效能。熱機(jī)熱機(jī)示意26求熱機(jī)效率：法一：用第一定律求得Qi,所有正的相加為Q1，所有負(fù)的相加取絕對(duì)值為Q2，例1、1mol氦氣經(jīng)過(guò)如圖所示的循環(huán)過(guò)程，其中P2=2P1，V4=2V1，求：(1)1—2、2—3、3—4、4—1各過(guò)程中氣體吸收的熱量;(2)熱機(jī)的效率1423求熱機(jī)效率：法一：用第一定律求得Qi,所有正的相加為Q1271423解:（1）由理想氣體狀態(tài)方程得（2）或：（）1423解:（1）由理想氣體狀態(tài)方程得（2）或：（28練習(xí)：0.32kg的氧氣作如圖所示的ABCDA循環(huán),設(shè)求循環(huán)效率K2002=TK3001=T解：M()21mV,-=TTCMmDADAD=EQ()ln121ABVVRTMmQ=()ln212VVRTMmCD=QBCBCD=EQ()21mV,-=TTCMm=1000CV,m>0=-1000CV,m<0=2000Rln1/2<0=3000Rln2>0%15=練習(xí)：0.32kg的氧氣作如圖所示的ABCDA循環(huán),設(shè)求循29ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3QABQCDAB：等溫T1膨脹例、求卡諾熱機(jī)效率?？ㄖZ循環(huán)：四個(gè)過(guò)程如下圖BC：絕熱膨脹CD：等溫T2壓縮DA：絕熱壓縮ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3QAB30效率：BC過(guò)程DA過(guò)程兩式比較結(jié)論：卡諾熱機(jī)的效率由高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟葲Q定，高溫?zé)嵩礈囟仍礁?，低溫?zé)嵩礈囟仍降停瑒t循環(huán)效率越高；ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2效率：BC過(guò)程DA過(guò)程兩式比較結(jié)論：卡諾熱機(jī)的效率由高溫?zé)嵩?1例：一卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，效率為40％，若要將其效率提高到50％，問(wèn)高溫?zé)嵩吹臏囟刃杼岣叨嗌?？則有：T2=273.15+7=280.15K121TT￠￠-=￠￠h12,1TT￠-=￠h解：設(shè)高溫?zé)嵩吹臏囟确謩e為:、1T￠1T￠￠K3.931111211=￠--￠￠-=￠-￠￠=DTTTThh例：一卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，效率為40％，若要將其效32AB4.致冷系數(shù)：致冷機(jī)致冷機(jī)示意圖３.致冷機(jī)它是利用外界做功使熱量由低溫處流入高溫處，從而獲得低溫的機(jī)器。低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩幢硎局吕錂C(jī)的效能。AB4.致冷系數(shù)：致冷機(jī)致冷機(jī)示意圖３.致冷機(jī)它是利用外界33卡諾制冷機(jī)：逆循環(huán)致冷系數(shù)T2ABCDPV0V1V4V2V3T1p1p4p2p3Q1Q2致冷機(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ制冷機(jī)：逆循環(huán)致冷系數(shù)T2ABCDPV0V1V4V2V334二、摩爾熱容一、理想氣體的物態(tài)方程總結(jié)三、理想氣體的內(nèi)能過(guò)程方程二、摩爾熱容一、理想氣體的物態(tài)方程總結(jié)三、理想氣體的內(nèi)能35四、熱力學(xué)第一定律理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程等容等壓等溫絕熱欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T過(guò)程方程四、熱力學(xué)第一定律理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程等容等壓等溫絕熱欲求W，361、熱機(jī)效率（或循環(huán)效率）五、熱機(jī)和制冷機(jī)2.致冷機(jī)致冷系數(shù)：熱機(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩粗吕錂C(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩醋鳂I(yè):P255-25813-1,2,3,5,13,14,18,23,251、熱機(jī)效率（或循環(huán)效率）五、熱機(jī)和制冷機(jī)2.致冷機(jī)致冷系數(shù)37帕斯卡爾(BLAISEPASCAL)，1623～1662，法國(guó)17世紀(jì)最具天才的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家、哲學(xué)家。他在理論科學(xué)和實(shí)驗(yàn)科學(xué)兩方面都做出巨大貢獻(xiàn)。帕斯卡沒(méi)有受過(guò)正規(guī)的學(xué)校教育但在他短短的39年人生里,干了很多的事情,哪一件都很了不起。他提出了幾何學(xué)上的帕斯卡爾六邊形定理、帕斯卡爾三角形，物理學(xué)上的帕斯卡爾定理等,他創(chuàng)制了世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī),他制作了水銀氣壓計(jì),他還是概率的創(chuàng)立人之一……科研和讀書(shū)的間隙,他把他的思緒隨時(shí)寫(xiě)在大頁(yè)紙上,然后有一天,他把這些紙裁成小條,按內(nèi)容歸納排列成書(shū),這就是哲學(xué)名著《帕斯卡爾思想錄》。在《思想錄》里，留給世人一句名言：“人只不過(guò)是一根蘆葦,是自然界最脆弱的東西，但他是一根有思想的蘆葦.”他建立的直覺(jué)主義原則對(duì)于后來(lái)一些哲學(xué)家，如盧梭和伯格森等都有影響科學(xué)界銘記著帕斯卡的功績(jī)，國(guó)際單位制規(guī)定“壓強(qiáng)”單位為“帕斯卡”，是因?yàn)樗氏忍岢隽嗣枋鲆后w壓強(qiáng)性質(zhì)的“帕斯卡定律”。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域更不會(huì)忘記帕斯卡的貢獻(xiàn)，1971年面世的PASCAL語(yǔ)言，也是為了紀(jì)念這位先驅(qū)，使帕斯卡的英名長(zhǎng)留在電腦時(shí)代里帕斯卡爾(BLAISEPASCAL)，1623～138開(kāi)爾文(1824—1907)是英國(guó)著名物理學(xué)家、發(fā)明家，原名W.湯姆孫。他是本世紀(jì)的最偉大的人物之一，是一個(gè)偉大的數(shù)學(xué)物理學(xué)家兼電學(xué)家。他被看作英帝國(guó)的第一位物理學(xué)家，同時(shí)受到世界其他國(guó)家的贊賞。他的一生獲得了一切可能給予的榮譽(yù)。而他也無(wú)愧于這一切，這是他在漫長(zhǎng)的一生中所作的實(shí)際努力而獲得的。這些努力使他不僅有了名望和財(cái)富，而且贏得了廣泛的聲譽(yù)。開(kāi)爾文研究范圍廣泛，在熱學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)、光學(xué)、地球物理、數(shù)學(xué)、工程應(yīng)用等方面都做出了貢獻(xiàn)。他一生發(fā)表論文多達(dá)600余篇，取得70種發(fā)明專(zhuān)利，他在當(dāng)時(shí)科學(xué)界享有極高的名望，受到英國(guó)本國(guó)和歐美各國(guó)科學(xué)家、科學(xué)團(tuán)體的推崇。他在熱學(xué)、電磁學(xué)及它們的工程應(yīng)用方面的研究最為出色。開(kāi)爾文一生謙虛勤奮，意志堅(jiān)強(qiáng)，不怕失敗，百折不撓。在對(duì)待困難問(wèn)題上他講：“我們都感到，對(duì)困難必須正視，不能回避；應(yīng)當(dāng)把它放在心里，希望能夠解決它。無(wú)論如何，每個(gè)困難一定有解決的辦法，雖然我們可能一生沒(méi)有能找到?！彼@種終生不懈地為科學(xué)事業(yè)奮斗的精神，永遠(yuǎn)為后人敬仰。1896年在格拉斯哥大學(xué)慶祝他50周年教授生涯大會(huì)上，他說(shuō)：“有兩個(gè)字最能代表我50年內(nèi)在科學(xué)研究上的奮斗，就是‘失敗’兩字。為了紀(jì)念他在科學(xué)上的功績(jī)，國(guó)際計(jì)量大會(huì)把熱力學(xué)溫標(biāo)（即絕對(duì)溫標(biāo)）稱(chēng)為開(kāi)爾文（開(kāi)氏）溫標(biāo)，熱力學(xué)溫度以開(kāi)爾文為單位，是現(xiàn)在國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。

開(kāi)爾文的一生是非常成功的，他可以算作世界上最偉大的科學(xué)家中的一位。他于1907年12月17日去世時(shí)，得到了幾乎整個(gè)英國(guó)和全世界科學(xué)家的哀悼。他的遺體被安葬在威斯敏斯特教堂牛頓墓的旁邊。開(kāi)爾文(1824—1907)是英國(guó)著名物理學(xué)家、發(fā)39大學(xué)物理熱學(xué)大學(xué)物理熱學(xué)40熱學(xué)1．什么是熱學(xué)2．兩種研究方法以物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及熱運(yùn)動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律為研究對(duì)象的一門(mén)學(xué)科。熱力學(xué)——宏觀理論不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。第十三章統(tǒng)計(jì)物理學(xué)——微觀理論.第十二章熱學(xué)1．什么是熱學(xué)2．兩種研究方法以物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及熱4112－1氣體物態(tài)參量平衡態(tài)理想氣體物態(tài)方程一、氣體物態(tài)參量第十三章熱力學(xué)基礎(chǔ)p、V、T1.氣體壓強(qiáng)P：力學(xué)描述.2.體積V：幾何描述.

3.溫度T：熱學(xué)描述單位：溫標(biāo)K（開(kāi)爾文）.12－1氣體物態(tài)參量平衡態(tài)一、氣體物態(tài)參量第十三章42二、平衡態(tài)理想氣體的物態(tài)方程1、平衡態(tài)可以用P--V圖上的一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示。

pV2、物態(tài)方程3、理想氣體的物態(tài)方程理想氣體：氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大時(shí)，可近似為理想氣體。m——?dú)怏w質(zhì)量M——?dú)怏w摩爾質(zhì)量R=8.31J·mol-1·K-1——摩爾氣體常量二、平衡態(tài)理想氣體的物態(tài)方程1、平衡態(tài)可以用P--V43可用Ｐ－V圖上的一條有方向的曲線表示。13-1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功熱量一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程元功：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，系統(tǒng)對(duì)外界作總功為：二、功準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外界做功：可用Ｐ－V圖上的一條有方向的曲線表示。13-1準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)44注意：2、功等于P—V圖上過(guò)程曲線下的面積,體積增加取正,減小取負(fù)。3、功是過(guò)程量功與過(guò)程的路徑有關(guān)，V不變時(shí)W=01、V，W>0；V，W<0或外界對(duì)系統(tǒng)作功4、作功是改變系統(tǒng)內(nèi)能的一種方法。Q單位：J(焦耳)

①熱量與功一樣都是過(guò)程量。說(shuō)明：

②傳遞熱量和作功都可改變系統(tǒng)的內(nèi)能三、熱量注意：2、功等于P—V圖上過(guò)程曲線下的面積,體積增加取正,45所有分子各種熱運(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）能量和分子間相互作用勢(shì)能13－2熱力學(xué)第一定律內(nèi)能一、內(nèi)能說(shuō)明：①改變內(nèi)能的方式：做功，傳遞熱量。②內(nèi)能E是狀態(tài)量，因此內(nèi)能變化△E僅與始末狀態(tài)有關(guān)，與過(guò)程無(wú)關(guān).2AB1**2AB1**所有分子各種熱運(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）能量和分子間相互作46實(shí)際氣體③理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)單原子分子剛性雙原子分子剛性多原子分子溫度越高內(nèi)能越大i：自由度實(shí)際氣體③理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù)單原子分子剛性雙原子分47二、熱力學(xué)第一定律對(duì)于微小過(guò)程符號(hào)規(guī)定+系統(tǒng)實(shí)際吸熱系統(tǒng)實(shí)際放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外做正功即：體積增加系統(tǒng)對(duì)外作負(fù)功或外界對(duì)系統(tǒng)做功即:體積減?。?）對(duì)于理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程有：(2)熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定律對(duì)任何物質(zhì)的任何過(guò)程都成立.注意Q：系統(tǒng)吸熱W：系統(tǒng)對(duì)外做功二、熱力學(xué)第一定律對(duì)于微小過(guò)程符號(hào)規(guī)定+系統(tǒng)實(shí)際吸熱系統(tǒng)實(shí)際48

13-14.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)A沿ABC變化到狀態(tài)C的過(guò)程中，外界有326J的熱量傳遞給系統(tǒng)，同時(shí)系統(tǒng)對(duì)外作功126J。當(dāng)系統(tǒng)從狀態(tài)C沿另一曲線返回到狀態(tài)A時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功為52J，則此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？傳遞熱量是多少？解：ABC過(guò)程J126ABC=WJ,326ABC=QJ200ABCABCAC=-=DWQE

從C到A過(guò)程：負(fù)號(hào)表示系統(tǒng)向外界放熱252J。J200CA-=DEJ252CACACA-=+D=WEQ

13-14.如圖所示，系統(tǒng)從狀態(tài)A沿ABC變化到狀態(tài)C的過(guò)491.等體過(guò)程V=恒量T2T1pV0ab第一定律特點(diǎn)：13－3理想氣體的等體過(guò)程和等壓過(guò)程摩爾熱容一、等體過(guò)程定體摩爾熱容WV=0過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化過(guò)程曲線：吸收的熱量全部用來(lái)內(nèi)能增加;或向外界放熱以?xún)?nèi)能減小為代價(jià);系統(tǒng)對(duì)外不作功。1.等體過(guò)程V=恒量T2T1pV0ab第一定律特點(diǎn)：13－3503、理想氣體定體摩爾熱容定義：1mol、等體過(guò)程升高1度所需的熱量等體過(guò)程吸熱等體過(guò)程內(nèi)能的增量理想氣體的內(nèi)能另表述：理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程熱力學(xué)第一定律：3、理想氣體定體摩爾熱容定義：1mol、等體過(guò)程升高1度所需51P=恒量第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量一部分用來(lái)內(nèi)能增加，一部分用來(lái)對(duì)外做功。二、等壓過(guò)程定壓摩爾熱容1、等壓過(guò)程過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化過(guò)程曲線：P=恒量第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量一部分用來(lái)內(nèi)能增加，一部分用522、定壓摩爾熱容定義：1mol、等壓過(guò)程中升高1度所需的熱量。等壓過(guò)程的吸熱Mayer公式等壓過(guò)程第一定律2、定壓摩爾熱容定義：1mol、等壓過(guò)程中升高1度所需的熱量53摩爾熱容比泊松比1.67單原子分子理想氣體雙原子分子理想氣體多原子分子理想氣體1.401.33摩爾熱容比泊松比1.67單原子分子理想氣體雙原子分子理想氣體54等容等壓欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T、ν等容等壓欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T、ν5513-13：一壓強(qiáng)為1.0×105Pa，體積為1.0×10-3m3的氧氣自0℃加熱到100℃,問(wèn):(1)當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),需要多少熱量?當(dāng)體積不變時(shí),需要多少熱量?(2)在等壓或等體過(guò)程中各作了多少功？解：根據(jù)題意得（1）（2）得:由或用熱力學(xué)第一定律求解。13-13：一壓強(qiáng)為1.0×105Pa，體積為1.0×10-56T=恒量pVp1p2III..OV2V113－4理想氣體的等溫過(guò)程和絕熱過(guò)程一、等溫過(guò)程過(guò)程方程：功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律特點(diǎn)：吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外作功，內(nèi)能保持不變。過(guò)程曲線T=恒量pVp1p2III..OV2V113－4理想氣體57二、絕熱過(guò)程1、絕熱過(guò)程Qa=0功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律特點(diǎn)：系統(tǒng)對(duì)外界所作的功以?xún)?nèi)能減少為代價(jià)。2、絕熱過(guò)程方程二、絕熱過(guò)程1、絕熱過(guò)程Qa=0功、熱量、內(nèi)能的變化第一定律58絕熱過(guò)程曲線的斜率等溫過(guò)程曲線的斜率絕熱線的斜率大于等溫線的斜率.常量常量常量3、絕熱過(guò)程曲線絕熱線比等溫線陡。證明:絕熱過(guò)程曲線的斜率等溫過(guò)程曲線的斜率絕熱線的斜率大于等溫線的59等容等壓等溫絕熱總結(jié):欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T過(guò)程方程等容等壓等溫絕熱總結(jié):欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P60例:設(shè)有5mol的氫氣,最初的壓強(qiáng)為溫度為,求在下列過(guò)程中,把氫氣壓縮為原體積的1/10需作的功:1）等溫過(guò)程.2）絕熱過(guò)程.3）經(jīng)這兩過(guò)程后,氣體的壓強(qiáng)各為多少？解1）等溫過(guò)程2）絕熱過(guò)程

12常量由得：3）等溫過(guò)程絕熱過(guò)程例:設(shè)有5mol的氫氣,最初的壓強(qiáng)為61可用P-V圖上一條有方向的閉合曲線表示。13－5循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)一、循環(huán)過(guò)程1、定義：2、循環(huán)過(guò)程的分類(lèi)OpV逆３、內(nèi)能的變化、功、熱量：內(nèi)能變化：吸收的熱量：正可用P-V圖上一條有方向的閉合曲線表示。13－5循環(huán)過(guò)程62經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后對(duì)外作的凈功氣體對(duì)外所作的凈功為：等于閉合曲線所包圍的面積正循環(huán)取正號(hào),逆循環(huán)取負(fù)號(hào)。經(jīng)歷一個(gè)循環(huán)后對(duì)外作的凈功氣體對(duì)外所作的凈功為：等于閉合曲線63求Ｗ或Ｑ的方法：②求得Qi，然后代數(shù)和即為Ｑ或Ｗ法二：循環(huán)過(guò)程分為幾個(gè)小過(guò)程，對(duì)每一個(gè)小過(guò)程用第一定律③求得Qi，將所有正的相加為Q1，表示循環(huán)過(guò)程吸熱;所有負(fù)的相加取絕對(duì)值（或負(fù)號(hào)）為Q2，表示循環(huán)過(guò)程放熱。則有法一：Ｐ--Ｖ圖上閉合曲線包圍的面積帶上正負(fù)號(hào)。AB①求得Ｗi，然后代數(shù)和即為Ｗ或Ｑ;求Ｗ或Ｑ的方法：②求得Qi，然后代數(shù)和即為Ｑ或Ｗ法二：循64熱機(jī)（正循環(huán)）AB2、熱機(jī)效率：表示熱機(jī)的效能。熱機(jī)熱機(jī)示意圖二、熱機(jī)和制冷機(jī)1、熱機(jī)：如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩礋釞C(jī)（正循環(huán)）AB2、熱機(jī)效率：表示熱機(jī)的效能。熱機(jī)熱機(jī)示意65求熱機(jī)效率：法一：用第一定律求得Qi,所有正的相加為Q1，所有負(fù)的相加取絕對(duì)值為Q2，例1、1mol氦氣經(jīng)過(guò)如圖所示的循環(huán)過(guò)程，其中P2=2P1，V4=2V1，求：(1)1—2、2—3、3—4、4—1各過(guò)程中氣體吸收的熱量;(2)熱機(jī)的效率1423求熱機(jī)效率：法一：用第一定律求得Qi,所有正的相加為Q1661423解:（1）由理想氣體狀態(tài)方程得（2）或：（）1423解:（1）由理想氣體狀態(tài)方程得（2）或：（67練習(xí)：0.32kg的氧氣作如圖所示的ABCDA循環(huán),設(shè)求循環(huán)效率K2002=TK3001=T解：M()21mV,-=TTCMmDADAD=EQ()ln121ABVVRTMmQ=()ln212VVRTMmCD=QBCBCD=EQ()21mV,-=TTCMm=1000CV,m>0=-1000CV,m<0=2000Rln1/2<0=3000Rln2>0%15=練習(xí)：0.32kg的氧氣作如圖所示的ABCDA循環(huán),設(shè)求循68ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3QABQCDAB：等溫T1膨脹例、求卡諾熱機(jī)效率?？ㄖZ循環(huán)：四個(gè)過(guò)程如下圖BC：絕熱膨脹CD：等溫T2壓縮DA：絕熱壓縮ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3QAB69效率：BC過(guò)程DA過(guò)程兩式比較結(jié)論：卡諾熱機(jī)的效率由高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹臏囟葲Q定，高溫?zé)嵩礈囟仍礁?，低溫?zé)嵩礈囟仍降停瑒t循環(huán)效率越高；ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2效率：BC過(guò)程DA過(guò)程兩式比較結(jié)論：卡諾熱機(jī)的效率由高溫?zé)嵩?0例：一卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，效率為40％，若要將其效率提高到50％，問(wèn)高溫?zé)嵩吹臏囟刃杼岣叨嗌?？則有：T2=273.15+7=280.15K121TT￠￠-=￠￠h12,1TT￠-=￠h解：設(shè)高溫?zé)嵩吹臏囟确謩e為:、1T￠1T￠￠K3.931111211=￠--￠￠-=￠-￠￠=DTTTThh例：一卡諾熱機(jī)的低溫?zé)嵩礈囟葹?℃，效率為40％，若要將其效71AB4.致冷系數(shù)：致冷機(jī)致冷機(jī)示意圖３.致冷機(jī)它是利用外界做功使熱量由低溫處流入高溫處，從而獲得低溫的機(jī)器。低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩幢硎局吕錂C(jī)的效能。AB4.致冷系數(shù)：致冷機(jī)致冷機(jī)示意圖３.致冷機(jī)它是利用外界72卡諾制冷機(jī)：逆循環(huán)致冷系數(shù)T2ABCDPV0V1V4V2V3T1p1p4p2p3Q1Q2致冷機(jī)低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩纯ㄖZ制冷機(jī)：逆循環(huán)致冷系數(shù)T2ABCDPV0V1V4V2V373二、摩爾熱容一、理想氣體的物態(tài)方程總結(jié)三、理想氣體的內(nèi)能過(guò)程方程二、摩爾熱容一、理想氣體的物態(tài)方程總結(jié)三、理想氣體的內(nèi)能74四、熱力學(xué)第一定律理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程等容等壓等溫絕熱欲求W，Q或ΔE，要會(huì)用狀態(tài)方程求出P、V、T過(guò)程方程四、熱力學(xué)第一定律理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程等容等壓等溫絕熱欲求W，751、熱機(jī)效率（或循環(huán)效率）五、熱機(jī)和制冷機(jī)2.致冷機(jī)