第七章第七章7-1 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程 1.掌握自然界的基本規(guī)律掌握自然界的基本規(guī)律 熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律：能量守恒能量守恒 熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律：自然過程的方向自然過程的方向 2.學(xué)習(xí)唯象的研究方法學(xué)習(xí)唯象的研究方法 以實驗為基礎(chǔ)的邏輯推理的研究方法以實驗為基礎(chǔ)的邏輯推理的研究方法 3.熵熵（S）的概念與的概念與“信息技術(shù)信息技術(shù)”密切相關(guān)密切相關(guān) 4.熱能是重要的能源，也是維持生命的主要來源。熱能是重要的能源，也是維持生命的主要來源。學(xué)習(xí)熱力學(xué)的意義學(xué)習(xí)熱力學(xué)的意義2/10/20241http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程真實氣體的內(nèi)能除了其全體分子的動能外還包括分子之間的引力勢能。實驗證明人，真實氣體的內(nèi)能，是狀態(tài)參量和 （或 ）的函數(shù)，即 或 ?？傊?，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(xué)中內(nèi)能是一個重要的狀態(tài)量。廣義上的內(nèi)能，是指某物體系統(tǒng)由其內(nèi)部狀態(tài)所決定的能量。某給定理想氣體系統(tǒng)的內(nèi)能，是組成該氣體系統(tǒng)的全部分子的動能之和，其值為 ，由狀態(tài)參量決定，內(nèi)能 ，是狀態(tài)參量 的單值函數(shù)。internal energy2/10/20242http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程二二 功功（過程量）（過程量）功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運動功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運動 狀態(tài)的變化狀態(tài)的變化.準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計算準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計算注意：注意：作功與過程有關(guān)作功與過程有關(guān).宏觀運動能量宏觀運動能量熱運動能量熱運動能量2/10/20243http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程三三 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)和外界之間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)生的能量傳遞存在溫差而發(fā)生的能量傳遞.1）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；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卡卡=4.18 J ，1 J=0.24 卡卡功與熱量的異同功與熱量的異同2/10/20244http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程熱量是系統(tǒng)與外界僅由于溫度不同而傳遞的能量。外界質(zhì)量 M比熱 c吸收熱量 dQ Q溫度升高 dT T系統(tǒng)吸收的熱量為正若計算結(jié)果 則表示系統(tǒng)放熱。熱量必須與過程相聯(lián)系，只有發(fā)生過程才有吸收或放出熱量可言。系統(tǒng)從某一狀態(tài)變到另一狀態(tài)，若其過程不同，則吸或放的熱量也會不同。故 熱量也是過程量heat的過程中所吸收的熱量系統(tǒng)由溫度 T1 變到溫度 T2若改用摩爾熱容即1mol的物質(zhì)溫度升高1K時所吸收的熱量則2/10/20245http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程內(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(biāo)準(zhǔn)單位都是 焦耳焦耳 （J J）2/10/20246http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程傳遞能量的兩種方式傳遞能量的兩種方式 做功做功 傳熱傳熱說明：做功與傳熱雖然有等效的一面，但本質(zhì)上有著說明：做功與傳熱雖然有等效的一面，但本質(zhì)上有著區(qū)別。區(qū)別。區(qū)別區(qū)別 做功：做功：通過物體作宏觀位移完成。作用是機械運動通過物體作宏觀位移完成。作用是機械運動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運動之間的轉(zhuǎn)換。從而改變內(nèi)能。與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運動之間的轉(zhuǎn)換。從而改變內(nèi)能。傳熱：傳熱：通過分子間相互作用完成。作用是外界分子通過分子間相互作用完成。作用是外界分子無規(guī)則熱運動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則熱運動之間的轉(zhuǎn)換。無規(guī)則熱運動與系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則熱運動之間的轉(zhuǎn)換。從而改變了內(nèi)能。從而改變了內(nèi)能。2/10/20247http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程始平衡態(tài)始平衡態(tài) 一系列非一系列非平衡態(tài)平衡態(tài)末平衡態(tài)末平衡態(tài) 過程進行的任一時刻系統(tǒng)的狀態(tài)并非平衡態(tài)。過程進行的任一時刻系統(tǒng)的狀態(tài)并非平衡態(tài)。熱力學(xué)中，為能利用平衡態(tài)的性質(zhì)，引入熱力學(xué)中，為能利用平衡態(tài)的性質(zhì)，引入 四四 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程（quasi-static process）熱力學(xué)熱力學(xué)系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài) ,稱為稱為熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程（簡稱（簡稱“過程過程”）。）。準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念。的概念。2/10/20248http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程：準(zhǔn)靜態(tài)過程：系統(tǒng)的每一狀態(tài)都系統(tǒng)的每一狀態(tài)都無限接近于無限接近于平衡態(tài)平衡態(tài)的過程。的過程。態(tài)組成的過程。態(tài)組成的過程。即即準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列平衡平衡快快非平衡態(tài)非平衡態(tài)緩慢緩慢接近平衡態(tài)接近平衡態(tài) 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個是一個理想化理想化的過程，是實際的過程，是實際過程的近似。過程的近似。非準(zhǔn)靜態(tài)過程非準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程2/10/20249http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程統(tǒng)一于統(tǒng)一于“無限緩慢無限緩慢”矛盾矛盾平衡即不變平衡即不變過程即變化過程即變化 只有過程進行得無限緩慢，每個中間態(tài)才可只有過程進行得無限緩慢，每個中間態(tài)才可看作是平衡態(tài)?？醋魇瞧胶鈶B(tài)。如何判斷如何判斷“無限緩慢無限緩慢”？引入引入弛豫時間弛豫時間（relaxation time）：平衡破壞平衡破壞 恢復(fù)平衡恢復(fù)平衡 t過程過程 ：過程就可視為過程就可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程所以無限緩慢只是個所以無限緩慢只是個相對相對的概念。的概念。2/10/202410http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程氣體壓強的氣體壓強的弛豫時間：弛豫時間：氣缸線度：氣缸線度：L 10-1 m分子平均速率：分子平均速率：10-3 s 容器的線度容器的線度分子熱運動平均速率分子熱運動平均速率 102 m/s 內(nèi)燃機活塞運動周期內(nèi)燃機活塞運動周期 t 10-2 s p（10-3s）所以所以汽缸的壓縮過程汽缸的壓縮過程可認為是準(zhǔn)靜態(tài)過程?？烧J為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如分析例如分析內(nèi)燃機內(nèi)燃機氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)歷的過程：氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)歷的過程：2/10/202411http:/ 7-1 內(nèi)能內(nèi)能 功和熱量功和熱量 準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程(p2,V2)(p1,V1)(p,V)過程曲線過程曲線準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用過程曲線過程曲線來表示：來表示：VO p改變系統(tǒng)狀態(tài)的方法：改變系統(tǒng)狀態(tài)的方法：1.作功作功 2.傳熱傳熱一個點代表一個平衡態(tài)一個點代表一個平衡態(tài)2/10/202412http:/