高二物理競(jìng)賽功、熱量 課件

1、功、熱量(Work,Heat)回憶：內(nèi)能在溫度不太高的情況下，對(duì)一定質(zhì)量的氣體分子組成的系統(tǒng)，內(nèi)能是系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子間相互作用勢(shì)能的總和。系統(tǒng)內(nèi)能是溫度(T)和體積(V)的函數(shù)，即：對(duì)于理想氣體，內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)，即E=f(T)，在常溫下，理想氣體內(nèi)能為：E=f(T,V)當(dāng)溫度變化ΔT

時(shí)，其內(nèi)能增量為：以氣體膨脹做功為例，計(jì)算與系統(tǒng)體積變化相聯(lián)系的機(jī)械功設(shè)缸內(nèi)氣體做準(zhǔn)靜態(tài)膨脹，氣體對(duì)活塞的壓力為pS，當(dāng)氣體推動(dòng)活塞緩慢地移動(dòng)一段微小位移dl時(shí)，氣體對(duì)外界做功為：dA=pSdl=pdV當(dāng)dV>0時(shí)，dA>0，系統(tǒng)體積膨脹，對(duì)外做正功；當(dāng)dV<0，dA<0，系統(tǒng)體積縮小，外界對(duì)系統(tǒng)做正功，即系統(tǒng)對(duì)外做負(fù)功。準(zhǔn)靜態(tài)過程中的體積功若系統(tǒng)經(jīng)歷一有限的準(zhǔn)靜態(tài)過程，體積由V1

變?yōu)閂2，則系統(tǒng)對(duì)外界所做的總功為：以氣體膨脹做功為例，氣體從初態(tài)(I)變化到末態(tài)(Ⅱ)用上式求出的功的大小，根據(jù)定積分的意義可知，即為p-V狀態(tài)圖過程曲線下的面積。(a)(b)AaAbAb>Aa功是過程量(1)E2–E1——系統(tǒng)內(nèi)能增加，(E2–E1)為正值，即(E2–E1)>0；

系統(tǒng)內(nèi)能減少，(E2–E1)為負(fù)值，即(E2–E1)<0。(2)Q

——系統(tǒng)從外界吸收熱量，Q

為正值，即Q>0；

系統(tǒng)向外界放熱，Q

為負(fù)值，即Q<0。(3)A——系統(tǒng)對(duì)外界做功，A

為正值，即A>0；

外界對(duì)系統(tǒng)做功，A

為負(fù)值，即A<0

（即系統(tǒng)對(duì)外做負(fù)功）。公式中各量正負(fù)值的規(guī)定：對(duì)于任一無限小的過程（即初態(tài)與末態(tài)相距很近的過程），熱力學(xué)第一定律應(yīng)寫為：dQ=dE+dA無限小過程的無限小熱量，它不表示對(duì)Q

的全微分無限小過程內(nèi)能的增量無限小過程系統(tǒng)無限小做功值，它不表示對(duì)A的全微分功，熱均為在過程中傳遞的能量，即過程量。內(nèi)能為狀態(tài)函數(shù)。對(duì)于理想氣體，內(nèi)能只與溫度有關(guān)：對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過程，體積功可以直接由積分公式求出。注意：一個(gè)系統(tǒng)與外界的熱傳遞不一定引起系統(tǒng)本身溫度的變化。熱庫T例1：等溫過程（膨脹或壓縮）2.過程方程：pV=const.

初態(tài)與末態(tài)的狀態(tài)參量關(guān)系為p1V1=p2V2等溫過程曲線在p-V圖上為一段雙曲線。3.等體過程中的功、熱量和內(nèi)能增量ΔE=0Q=A1.過程特征系統(tǒng)溫度保持不變，即dT=0，T

=const.等溫過程由理想氣體狀態(tài)方程例2：系統(tǒng)發(fā)生相變：熔化、凝固、汽化或液化潛熱：物體在相變時(shí)所吸收或放出的熱量或例如：水的汽化是等溫，等壓相變過程，可想象為水從熱庫緩慢吸熱汽化，水汽緩慢的推動(dòng)活塞移動(dòng)對(duì)外做功，如圖所示。大氣壓無摩擦輕活塞恒溫?zé)釒旖^熱壁Q水的等溫、等壓汽化水從熱庫吸收的熱量水汽對(duì)外做功系統(tǒng)內(nèi)能的增量（系統(tǒng)的勢(shì)能）討論：第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成這種永動(dòng)機(jī)不需要外界供給熱量(Q=0)，也不消耗系統(tǒng)內(nèi)能(E2–E1)=0，但卻能不停地對(duì)外做功(A>0)。顯然，它違反能量守恒定律。歷史上不少人曾企圖制造這種機(jī)器，皆以失敗而告終。什么是第一類永動(dòng)機(jī)？第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成也可做為熱力學(xué)第一定律的另一種表述。說明：

熱力學(xué)第一定律適用于任何系統(tǒng)的任何過程。應(yīng)用時(shí)，只要初態(tài)和末態(tài)是平衡態(tài)即可，中間過程所經(jīng)歷的各態(tài)不需要一定是平衡態(tài)。

熱力學(xué)第一定律給出了關(guān)于“熱量”更為科學(xué)的定義：系統(tǒng)吸收的熱量就是系統(tǒng)內(nèi)能的增量與系統(tǒng)對(duì)外界做功之和。3.4熱容系統(tǒng)與外界之間有熱量的傳遞時(shí)會(huì)引起系統(tǒng)本身溫度的變化。這二者之間的關(guān)系可用熱容表示。熱容定義：一個(gè)系統(tǒng)溫度升高dT

時(shí)，如果它所吸收的熱量為dQ，則系統(tǒng)的熱容為熱容量的SI單位是焦耳/開(J/K)，其數(shù)值等于系統(tǒng)在某一過程中，溫度升高（或降低）1K，吸收（或放出）的熱量。該數(shù)值與系統(tǒng)中物質(zhì)的質(zhì)量

M

成正比，與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程有關(guān)。1.

比熱[容]──系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量為單位質(zhì)量(1kg)時(shí)的熱容稱為比熱[容]，單位為J/(kg·K)，用c表示。即由上式可知系統(tǒng)的熱容量為：C=mc2.摩爾熱容──系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的量為1mol時(shí)的熱容稱摩爾熱容，單位為J/(mol·K)，用Cm

表示。設(shè)物質(zhì)的摩爾質(zhì)量為M，則為：或：Cm=Mc注意：由于dQ是一個(gè)過程量，故同一種理想氣體在不同的過程中，熱容、比熱容及摩爾熱容是不同的。定體熱容：系統(tǒng)在體積保持不變的過程中的熱容