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1、13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)第一節(jié)13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)熱力學是研究物質(zhì)世界中有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀熱力學是研究物質(zhì)世界中有關(guān)熱現(xiàn)象的宏觀理論，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是將一物質(zhì)理論，它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，而是將一物質(zhì)系統(tǒng)中大量粒子看作一個整體，研究系統(tǒng)所表現(xiàn)系統(tǒng)中大量粒子看作一個整體，研究系統(tǒng)所表現(xiàn)的各種宏觀性質(zhì)和規(guī)律。的各種宏觀性質(zhì)和規(guī)律。熱力學第一定律是熱力學的基本定律，是一個熱力學第一定律是熱力學的基本定律，是一個包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的定律。包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化的定律。熱力學第一定律

2、首先涉及到熱力學第一定律首先涉及到熱量熱量功功內(nèi)能內(nèi)能的基本概念的基本概念13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)1. 幾個熱力學概念幾個熱力學概念(i) 熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)熱力學中的研究對象熱力學中的研究對象(如氣體如氣體, 液體液體, 固體固體, 電介質(zhì)和電介質(zhì)和磁介質(zhì)等磁介質(zhì)等)叫做熱力學系統(tǒng)叫做熱力學系統(tǒng).熱力學系統(tǒng)簡稱為熱力學系統(tǒng)簡稱為系統(tǒng)系統(tǒng). 也稱為工作物質(zhì)也稱為工作物質(zhì).(ii) 外界外界 : 系統(tǒng)之外并與系統(tǒng)相互作用的物體稱系統(tǒng)之外并與系統(tǒng)相互作用的物體稱為外界為外界.(iii)熱力學過程熱力學過程: 熱力學系統(tǒng)從一個平衡態(tài)變化到另熱力學系統(tǒng)從一

3、個平衡態(tài)變化到另一個平衡態(tài)的過程一個平衡態(tài)的過程./17一一 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程（理想化的過程）（理想化的過程）13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)2. 非靜態(tài)過程和準靜態(tài)過程非靜態(tài)過程和準靜態(tài)過程熱力學系統(tǒng)經(jīng)歷一個熱力學過程熱力學系統(tǒng)經(jīng)歷一個熱力學過程(一系列的中間狀態(tài)一系列的中間狀態(tài))到達另一個平衡態(tài)到達另一個平衡態(tài).根據(jù)中間狀態(tài)的特點可以將熱力根據(jù)中間狀態(tài)的特點可以將熱力學過程可分為學過程可分為非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程和和準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程.非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程 : 中間狀態(tài)為非平衡態(tài)的熱力學過中間狀態(tài)為非平衡態(tài)的熱力學過程稱為非靜態(tài)過程程稱為非靜態(tài)過程.

4、準準靜態(tài)過程靜態(tài)過程 : 在始末兩個平衡態(tài)之間的每一個中間狀在始末兩個平衡態(tài)之間的每一個中間狀態(tài)都可近似地看成平衡態(tài)的熱力學過程稱為準靜態(tài)都可近似地看成平衡態(tài)的熱力學過程稱為準靜態(tài)過程態(tài)過程.準靜態(tài)過程是一個理想化的過程準靜態(tài)過程是一個理想化的過程.從下面的例子從下面的例子, 大家可以理解大家可以理解準靜態(tài)準靜態(tài)過程的含義過程的含義. /1713-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)氣體氣體活塞活塞砂子砂子如圖是一個帶有活塞的容器.活塞的下面有一定質(zhì)量的氣體.活塞上放有一些砂粒.開始時氣體的狀態(tài)為(V1,T1, p1)將活塞上的砂粒一顆一顆地緩慢取走.氣體的狀態(tài)將非常

5、緩慢地變?yōu)槟顟B(tài)(V2,T2, p2).這個過程可近似地作為準靜態(tài)過程.),(111TVp),(222TVp1V2V1p2ppVo123. 過程曲線過程曲線系統(tǒng)從初始狀態(tài)經(jīng)準靜態(tài)過程到達末態(tài)用p-V圖的一條曲線表示.此曲線稱為準靜態(tài)過程曲線, 簡稱為過程曲線.13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)二二 功功（過程量）（過程量） 1 功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運動狀態(tài)的變化熱運動狀態(tài)的變化.宏觀運動能量宏觀運動能量熱運動能量熱運動能量氣體壓強活塞面積氣體系統(tǒng)體積變化過程所做的功（體積功）元功氣體膨脹 系統(tǒng)對外做正功氣體

6、被壓縮 系統(tǒng)對外做負功13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)氣體壓強活塞面積與過程有關(guān)體積從 變到 系統(tǒng)所做的功 沿 a c b 過程的功沿 a d b 過程的功系統(tǒng)通過體積變化實現(xiàn)作功。熱力學中的功是與系統(tǒng)始末狀態(tài)和過程都有關(guān)的一種過程量。二二 功功（過程量）（過程量）13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)1T2T21TT 三三 熱熱 量量（過程量過程量） 通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統(tǒng)通過傳熱方式傳遞能量的量度，系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞 .Q13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第

7、十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)（1）都是都是過程量：與過程有關(guān)；過程量：與過程有關(guān)；（2）等效性：改變系統(tǒng)熱運動狀態(tài)作用相同；等效性：改變系統(tǒng)熱運動狀態(tài)作用相同；即可以即可以 通過做功通過做功, 或傳遞熱量改變系統(tǒng)的狀態(tài)或傳遞熱量改變系統(tǒng)的狀態(tài). 宏觀運動宏觀運動分子熱運動分子熱運動功功分子熱運動分子熱運動分子熱運動分子熱運動熱量熱量（3）功與熱量的物理本質(zhì)不同功與熱量的物理本質(zhì)不同 .1 cal = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal功與熱量的異同功與熱量的異同13-1 準靜態(tài)過程 功 熱量第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)第一節(jié)13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章

8、熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)理想氣體的內(nèi)能是氣體內(nèi)所有分子的動能和分子內(nèi)原子間的勢能之和.但熱力學系統(tǒng)不僅可以是氣體, 還可以是液體, 固體等.熱力學系統(tǒng)處于某一狀態(tài)時所具有的能量稱為系統(tǒng)的內(nèi)能系統(tǒng)的內(nèi)能. .)(TEE 理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù),即內(nèi)能是表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù).一般氣體的內(nèi)能是溫度和體積的函數(shù), 即),(TVEE 一一 內(nèi)能內(nèi)能 （狀態(tài)量）（狀態(tài)量）總之，某給定氣體系統(tǒng)的內(nèi)能。只由該系統(tǒng)的狀態(tài)所決定，在熱力學中內(nèi)能是一個重要的狀態(tài)量。),(PTEE 13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)內(nèi)能內(nèi)能熱量熱量功功狀態(tài)量過程量過程量是構(gòu)成系統(tǒng)的全部分子的平均

9、能量之和。是系統(tǒng)的宏觀有序機械運動與系統(tǒng)內(nèi)大量分子無規(guī)熱運動的相互轉(zhuǎn)化過程。是外界物質(zhì)分子無規(guī)熱運動與系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)分子無規(guī)熱運動的相互轉(zhuǎn)化過程。內(nèi)能內(nèi)能 功功 熱量熱量 的國際標準單位都是 焦耳焦耳 （ J J ） 系統(tǒng)內(nèi)能的改變可以由外界向系統(tǒng)傳遞熱量來實現(xiàn), 也可以由外界對系統(tǒng)做功來實現(xiàn).13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)外界對系統(tǒng)做功使系統(tǒng)內(nèi)能增加; 系統(tǒng)對外界做功使系統(tǒng)內(nèi)能減少; 外界對系統(tǒng)傳熱使系統(tǒng)內(nèi)能增加; 系統(tǒng)對外界傳熱使系統(tǒng)內(nèi)能減少; 但但不管是通過不管是通過做功做功還是還是熱傳遞熱傳遞使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生改使系統(tǒng)的內(nèi)能發(fā)生改變變, , 內(nèi)能的變化內(nèi)

10、能的變化只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān)只與系統(tǒng)起始和終了狀態(tài)有關(guān), , 與與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān)系統(tǒng)所經(jīng)歷的過程無關(guān). .做功做功, 傳熱和內(nèi)能的變化之間的定傳熱和內(nèi)能的變化之間的定律關(guān)系如何律關(guān)系如何 ? 2AB1*pVoCEEBABA21/1713-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)設(shè)系統(tǒng)初始狀態(tài)的內(nèi)能為E1; (i) 若外界向系統(tǒng)傳遞熱量為Q; 外界對系統(tǒng)做功為Wex;系統(tǒng)達到末態(tài)時的內(nèi)能為E2; 12*pVo1V2VE1E2根據(jù)能量守恒定律, 有exWQEE12EWEEWQ)(12即系統(tǒng)內(nèi)能的增量等于外界向系統(tǒng)傳遞的熱量Q與外界對系統(tǒng)做功Wex之和.( (ii)

11、 若外界向系統(tǒng)傳遞熱量Q, 系統(tǒng)對外界做功W, 根據(jù)能量守恒定律, 有13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)熱力學第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的一種表達形式。該定律的另一種通俗表述是：第一類永動機是不可能造成的。 第一類永動機是指能不斷對外作功而又不需消耗任何形式的能量、或消耗較少的能量卻能得到更多的機械功的機器。13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)熱力學第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的一種表達形式。該定律的另一種通俗表述是：第一類永動機是不可能造成的。 第一類永動機是指能不斷對外作功而又不需消耗任何形

12、式的能量、或消耗較少的能量卻能得到更多的機械功的機器。對于一個無限小的過程，熱力學第一定律可寫成式中各量均為代數(shù)量，有正有負系統(tǒng)吸收熱量，或為正，放出熱量則為負系統(tǒng)內(nèi)能增加，或為正，內(nèi)能減少則為負系統(tǒng)對外作功，或為正，外界對系統(tǒng)作功則為負式中各量的單位制必須統(tǒng)一。13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)WEWEEQ12+E系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能增加內(nèi)能減少內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功外界對系統(tǒng)做功第一定律的符號規(guī)定第一定律的符號規(guī)定QW13-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ)例例 習題習題13-

13、10 一定量的空氣一定量的空氣, 吸收了吸收了1.71103J的熱量的熱量, 并保持并保持在在1.0 105Pa下膨脹下膨脹, 體積從體積從1.010-2m3增加到增加到1.510-2m3, 問空問空氣對外作了多少功氣對外作了多少功 ? 它的內(nèi)能改變了多少它的內(nèi)能改變了多少?21dVVVpW解解 (i) 由于氣體在膨脹過程中壓強保持不變由于氣體在膨脹過程中壓強保持不變, 因此氣體對因此氣體對外做功為外做功為VpVpVV21d)100 . 1105 . 1 (100 . 1225J225105105 . 0100 . 1(ii) 由熱力學第一定律由熱力學第一定律, 得得, 氣體的內(nèi)能改變?yōu)闅怏w的內(nèi)能改變?yōu)镋WQWQEJ3331021. 1105 . 01071. 1/1713-2 內(nèi)能 熱力學第一定律第十三章第十三章 熱力學基礎(chǔ)熱力學基礎(chǔ) 作作 業(yè)業(yè)13 - 1013 - 813 - 7