準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 內(nèi)內(nèi)能、功和熱量能、功和熱量1熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)系統(tǒng)：熱力學(xué)研究的對象。熱力學(xué)研究的對象。這一節(jié)只研究理想氣體系統(tǒng)。這一節(jié)只研究理想氣體系統(tǒng)。當(dāng)當(dāng)熱熱力力學(xué)學(xué)系系統(tǒng)統(tǒng)的的狀狀態(tài)態(tài)隨隨時(shí)時(shí)間間變變化化時(shí)時(shí)，我我們們就就說說系系統(tǒng)在經(jīng)歷一個(gè)統(tǒng)在經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程，簡稱過程，簡稱過程。實(shí)際發(fā)生的過程往往進(jìn)行的較快，在新的平衡態(tài)達(dá)實(shí)際發(fā)生的過程往往進(jìn)行的較快，在新的平衡態(tài)達(dá)到之前系統(tǒng)又繼續(xù)了下一步變化，這意味著系統(tǒng)在過程到之前系統(tǒng)又繼續(xù)了下一步變化，這意味著系統(tǒng)在過程中經(jīng)歷了一系列非平衡態(tài)。這種過程為中經(jīng)歷了一系列非平衡態(tài)。這種過程為非靜態(tài)過程非靜態(tài)過程。一一個(gè)個(gè)過過程程，如如果果任任意意時(shí)時(shí)刻刻的的中中間間態(tài)態(tài)都都無無限限接接近近于于一個(gè)平衡態(tài)，則些過程為一個(gè)平衡態(tài)，則些過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程。對準(zhǔn)靜態(tài)過程，在任何時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)都可以當(dāng)對準(zhǔn)靜態(tài)過程，在任何時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)都可以當(dāng)平衡態(tài)來處理。平衡態(tài)來處理。一、準(zhǔn)靜態(tài)過程一、準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列依次接替的平衡態(tài)所組成的過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列依次接替的平衡態(tài)所組成的過程。2 準(zhǔn)靜態(tài)過程只有在進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)過程只有在進(jìn)行的“無限緩慢無限緩慢”的條件的條件下才可能實(shí)現(xiàn)。實(shí)際過程則要求系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的下才可能實(shí)現(xiàn)。實(shí)際過程則要求系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的特征時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間特征時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間才可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過才可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過程。程。作作為為準(zhǔn)準(zhǔn)靜靜態(tài)態(tài)過過程程中中間間狀狀態(tài)態(tài)的的平平衡衡態(tài)態(tài)，具具有有確確定定的的狀狀態(tài)參量值。態(tài)參量值。準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想的極限，但作為熱力學(xué)準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想的極限，但作為熱力學(xué)的基礎(chǔ)，我們要著重討論它。的基礎(chǔ)，我們要著重討論它。對于一個(gè)平衡態(tài)，我們可以用狀態(tài)參量來描述。對于一個(gè)平衡態(tài)，我們可以用狀態(tài)參量來描述。過程曲線過程曲線非準(zhǔn)靜態(tài)過程不能用狀態(tài)圖上的一條曲線來表示。非準(zhǔn)靜態(tài)過程不能用狀態(tài)圖上的一條曲線來表示。對對于于簡簡單單系系統(tǒng)統(tǒng)可可用用PVPV圖圖上上的的一一點(diǎn)點(diǎn)來來表表示示這這個(gè)個(gè)平平衡衡態(tài)態(tài)。系系統(tǒng)統(tǒng)的的準(zhǔn)準(zhǔn)靜靜態(tài)態(tài)變變化化過過程程可可用用PVPV圖圖上上的一條曲線表示。的一條曲線表示。31.理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能:內(nèi)能：內(nèi)能：系統(tǒng)中所有分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量與分子與分系統(tǒng)中所有分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量與分子與分子之間相互作用的勢能的總和。子之間相互作用的勢能的總和。內(nèi)能的改變只決定于系統(tǒng)初末兩個(gè)狀態(tài)，與所經(jīng)內(nèi)能的改變只決定于系統(tǒng)初末兩個(gè)狀態(tài)，與所經(jīng)歷的過程無關(guān)。內(nèi)能是歷的過程無關(guān)。內(nèi)能是“狀態(tài)量狀態(tài)量”。2.內(nèi)能增量內(nèi)能增量單原子分子氣體單原子分子氣體雙原子分子氣體雙原子分子氣體多原子分子氣體多原子分子氣體二、內(nèi)能、內(nèi)能增量二、內(nèi)能、內(nèi)能增量4 1.氣體系統(tǒng)作功是通過改變氣體體積來完成的。氣體系統(tǒng)作功是通過改變氣體體積來完成的。例如：例如：氣缸內(nèi)的氣壓大于外界大氣壓，氣體膨脹推氣缸內(nèi)的氣壓大于外界大氣壓，氣體膨脹推動(dòng)氣缸活塞對外作功。動(dòng)氣缸活塞對外作功。微小變化：微小變化：活塞與汽缸無摩擦，當(dāng)氣體作準(zhǔn)活塞與汽缸無摩擦，當(dāng)氣體作準(zhǔn)靜態(tài)壓縮或膨脹時(shí)，外界的壓強(qiáng)靜態(tài)壓縮或膨脹時(shí)，外界的壓強(qiáng)P Pe e必等于此時(shí)氣體的壓強(qiáng)必等于此時(shí)氣體的壓強(qiáng)P P，否則系否則系統(tǒng)在有限壓差作用下，將失去平衡，統(tǒng)在有限壓差作用下，將失去平衡，稱為非靜態(tài)過程。稱為非靜態(tài)過程。三、功三、功 若有摩擦力存在，雖然也可使過程進(jìn)行的無限緩若有摩擦力存在，雖然也可使過程進(jìn)行的無限緩慢，但也不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。慢，但也不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。5體積變化從體積變化從 V1V2，在整個(gè)過在整個(gè)過程中氣體作功為：程中氣體作功為：元功元功壓力壓力由功的定義：由功的定義：只考慮無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程的功。只考慮無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程的功。2 2.氣體作功的計(jì)算氣體作功的計(jì)算氣體作功的計(jì)算氣體作功的計(jì)算由積分意義可知，功的大小等由積分意義可知，功的大小等于于PV PV 圖上過程曲圖上過程曲P=P(V)P=P(V)下下的面積：的面積：6 1-2與與1-1-2兩個(gè)過程兩個(gè)過程的始末狀態(tài)相同，但過程的始末狀態(tài)相同，但過程曲線不同，兩條曲線下的曲線不同，兩條曲線下的面積不同，則作功也不同。面積不同，則作功也不同。特殊：特殊：（不一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程）（不一定是準(zhǔn)靜態(tài)過程）等容過程：等容過程：A A等容等容=0=0注意：注意：功的大小不僅取決于系功的大小不僅取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài)，且與系統(tǒng)統(tǒng)的始末狀態(tài)，且與系統(tǒng)經(jīng)歷的過程有關(guān)。經(jīng)歷的過程有關(guān)。功是功是過程量過程量等壓過程：等壓過程：A A等壓等壓=P(VP(V2 2-V-V1 1)7例如：例如：一杯一杯80C的熱水，向周圍溫度較低的空氣放出的熱水，向周圍溫度較低的空氣放出熱量，這是一個(gè)過程，而說這杯水具有多少熱量是錯(cuò)熱量，這是一個(gè)過程，而說這杯水具有多少熱量是錯(cuò)的，具有的是內(nèi)能，當(dāng)水溫度下降時(shí)，內(nèi)能也減小。的，具有的是內(nèi)能，當(dāng)水溫度下降時(shí)，內(nèi)能也減小。2.熱量與溫度的區(qū)別熱量與溫度的區(qū)別熱量熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的一種量度，是系統(tǒng)內(nèi)能變化的一種量度，是過程量是過程量。溫度溫度反映了物體冷熱程度，是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的標(biāo)反映了物體冷熱程度，是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的標(biāo)志，志，是狀態(tài)量是狀態(tài)量。3.熱量的計(jì)算熱量的計(jì)算1.熱的本質(zhì)是傳遞的能量。該能量的多少就是熱量。熱的本質(zhì)是傳遞的能量。該能量的多少就是熱量。c是比熱，是比熱，四、熱量四、熱量C 為摩爾熱容：為摩爾熱容：1 1molmol氣體升高單位溫度所吸收的熱量。氣體升高單位溫度所吸收的熱量。8摩爾熱容可定成：摩爾熱容可定成：符號符號表示表示“元元”，因熱量與過程有關(guān)，故同一系統(tǒng)，在不同過程中因熱量與過程有關(guān)，故同一系統(tǒng)，在不同過程中的熱容量有不同的值。常用的定容熱量與定壓熱容量。的熱容量有不同的值。常用的定容熱量與定壓熱容量。等容過程：等容過程：引入等引入等容摩爾熱容容摩爾熱容CV，表示在等容過程中，表示在等容過程中，1 mol 氣體升高單位溫度所吸收的熱量。氣體升高單位溫度所吸收的熱量。等壓過程：等壓過程：引入引入等壓摩爾熱容等壓摩爾熱容CP，表示在等壓過程表示在等壓過程中，中，1 mol 氣體升高單位溫度所吸收的熱量。氣體升高單位溫度所吸收的熱量。規(guī)定：規(guī)定：熱量熱量系統(tǒng)吸熱：系統(tǒng)吸熱：系統(tǒng)放熱：系統(tǒng)放熱：熱量熱量9