第七章热力学第一定律 first law of thermodynamics 第二节热力学第一定律 教学目的: 令能从能量的观点理解热力学第一定律及其表达式。 冷掌握ΔU=+Q的适用范围,初步运用能量守恒定律 分析、计算、解决有关问题。 明确热力学能、功和热的定义和意义 掌握不同过程体积功的计算
第七章 热力学第一定律 （first law of thermodynamics） ❖ 第二节 热力学第一定律 教学目的： ❖ 能从能量的观点理解热力学第一定律及其表达式。 ❖ 掌握ΔU=W+Q的适用范围，初步运用能量守恒定律 分析、计算、解决有关问题。 ❖ 明确热力学能、功和热的定义和意义。 ❖ 掌握不同过程体积功的计算。 0
复习提问: ☆1.与环境只有能量交换,而没有物质交换的系统 称为 A.敞开系统B.隔离系统C.封闭系统D.孤立系统 答:C 2.系统性质T、m、V、P、V中,属于广延性 质的是(),属于强度性质的是()。 答:m、V,T、P、J 3.当系统状态发生变化后,温度差值一定为零是 A.循环过程B.绝热过程C.恒容过程D.恒温过程 答:A ÷4.举例说明什么是过程和途径? 1
复习提问 ： ❖ 1．与环境只有能量交换，而没有物质交换的系统 称为 A．敞开系统 B．隔离系统 C．封闭系统 D．孤立系统 答： C ❖ 2．系统性质T、m、 V、P、Vm中，属于广延性 质的是（ ），属于强度性质的是（ ）。 答：m、 V，T、P、Vm。 ❖ 3．当系统状态发生变化后，温度差值一定为零是 A．循环过程 B．绝热过程 C．恒容过程 D．恒温过程 答： A ❖ 4．举例说明什么是过程和途径 ？ 1
第二节热力学第一定律 first law of thermodynamics 、热力学第一定律 1.一律的表述 (1)能量守恒定律能量不能消灭,也不能创生,只能从一 种形式转化为另一种形式,其总量不变。 (2)第一类永动机(不消耗能量的机器)是不能制成的 2.数学表达式△U=Q+W 无限小变化量U=∞+W 适用范围:封闭系统和隔离系统。 意义:封闭系统热力学能的改变量,等于变化过程中环境传递 给系统的热与环境对系统做功的总和。 2
第二节 热力学第一定律 （first law of thermodynamics） 一、热力学第一定律 1．一律的表述 （1）能量守恒定律 能量不能消灭，也不能创生，只能从一 种形式转化为另一种形式,其总量不变 。 （2）第一类永动机（不消耗能量的机器 ）是不能制成的。 2．数学表达式 无限小变化量 适用范围：封闭系统和隔离系统。 意义：封闭系统热力学能的改变量，等于变化过程中环境传递 给系统的热与环境对系统做功的总和。 U = Q +W dU = Q + W 2
思考: 隔离系统的热力学能是守恒的。 答:正确 二、热力学能( thermodynamic energy) 系统内部所有微观粒子的能量总和称为热力学能,单位J或 kJ,符号U。 说明:系统的能量由三部分组成U=U+U+U 动能势能热力学能 在热力学中,通常研究的是宏观静止系统。即无整体运动, 也不考虑外力场(重力、磁力)的存在,因此系统的能量就 是其热力学能,以U表示。 3
思考： ❖ 隔离系统的热力学能是守恒的 。 答：正确 二、热力学能（thermodynamic energy） 系统内部所有微观粒子的能量总和称为热力学能，单位J或 kJ ，符号U。 说明：系统的能量由三部分组成 U＝UK＋UP＋Ui 动能 势能 热力学能 在热力学中，通常研究的是宏观静止系统。即无整体运动， 也不考虑外力场（重力、磁力）的存在，因此系统的能量就 是其热力学能，以U表示。 3
系统的热力学能包括三部分:粒子的动能(与T有关),粒 子的势能(与V及分子结构有关)和分子的内部能量(原子核、 电子等,一定条件下为定值)。 显见,封闭系统的热力学能是温度和体积的函数。 U=f(T、V 今当系统状态一定时(如物种、m3、T、J等一定),系统的 热力学能一定。 U:状态函数,广延性质; 微变量 U U dT aT 变化量 △U=U终一C始2-U1 封团系统中,二定量理想气体的热力学能只是温度的函数, 与压力、体积无关。 U=f() 4
系统的热力学能包括三部分：粒子的动能（与T有关），粒 子的势能（与V及分子结构有关）和分子的内部能量（原子核、 电子等，一定条件下为定值）。 ❖ 显见，封闭系统的热力学能是温度和体积的函数。 U＝f（T、V） ❖ 当系统状态一定时（如物种、nB、T、V等一定），系统的 热力学能一定。 ❖ U：状态函数，广延性质； ❖ 微变量 ❖ 变化量 △U= U终－U始＝U2－U1 ❖ 封闭系统中，一定量理想气体的热力学能只是温度的函数， 与压力、体积无关。 U＝f（T） dV V U dT T U dU V T + = 4
思考: 1.由于过程H1O(02311013H2Og)温度恒 定,因此△U一定为零。 答:错,因为有相变化 提示:U=f(T)的条件还应是无相变化和化学变化 2.关于物体的热力学能变化以下说法正确的是 A.物体吸收热量,热力学能一定增大 B.物体对外做功,热力学能一定减小 C.物体吸收热量,同时对外做功,热力学能可能不变 D.物体放出热量,同时对外做功,热力学能可能不变 答:C 5
思考 ： ❖ 1 ．由于过程 温度恒 定，因此△U一定为零。 答：错，因为有相变化。 提示：U＝f（T）的条件,还应是无相变化和化学变化. ❖ 2．关于物体的热力学能变化,以下说法正确的是 A．物体吸收热量，热力学能一定增大 B．物体对外做功，热力学能一定减小 C．物体吸收热量，同时对外做功，热力学能可能不变 D．物体放出热量，同时对外做功，热力学能可能不变 ❖ 答：C 273.15K、101.326 kPa H2O(l) H2O(g) 5
三、热(heat) ☆热是系统与环境之间因温差而引起从高温物体到低 温物体的能量传递,单位J或kJ,符号Q 规定: Q>0系统吸热 Q<0系统放热 热是系统在其状态发生变化的过程中与环境交换的 能量,而不是系统的性质,即不是状态函数,称为 过程变量(途径函数)。 无限小量:
三、热（heat） ❖ 热是系统与环境之间因温差而引起从高温物体到低 温物体的能量传递，单位J或kJ，符号Q 。 ❖ 规定： Q＞0 系统吸热 Q＜0 系统放热 ❖ 热是系统在其状态发生变化的过程中与环境交换的 能量，而不是系统的性质，即不是状态函数，称为 过程变量（途径函数）。 ❖ 无限小量： Q 6
由于热是途径函数, 所以要严格地按系统状态变化的具体途经所 伴随的热冠以不同的名称,如恒压热Qn,恒 容热Q,气化热,融化热,升华热,反应热 等 令热力学中讨论三种热: (1)显热; (2)相变化热(潜热); (3)化学变化热
❖ 由于热是途径函数， ❖ 所以要严格地按系统状态变化的具体途经所 伴随的热冠以不同的名称，如恒压热Qp，恒 容热QV，气化热，融化热，升华热，反应热 等。 ❖ 热力学中讨论三种热： ❖ （1）显热； ❖ （2）相变化热（潜热）； ❖ （3）化学变化热。 7
四、功(work) 心边是除热以郾,系统与环境之间的能量传递,单 令规定:W>0环境对系统做功(系统得功)。 如压缩。 环<0系统对环境做功(系统失功)。 如膨胀。 令功也是过程变量,而不是状态函数。 无限小量 SW 令热力学中涉及两类功 冷(1)体积功W体; (2)非体积功W
四、功（work) ❖ 功是除热以外，系统与环境之间的能量传递，单 位J或kJ,符号W 。 ❖ 规定： W＞0 环境对系统做功（系统得功）。 ❖ 如压缩 。 ❖ W＜0 系统对环境做功（系统失功）。 ❖ 如膨胀。 ❖ 功也是过程变量，而不是状态函数。 ❖ 无限小量 ❖ 热力学中涉及两类功： ❖ （1）体积功W体； ❖ （2）非体积功W＇。 W 8
1.体积功( volume work)W体 令(1)定义由于系统体积的变化而与环境传递的能量。 如图 而A 令活塞向右移动徼小距离 系统做功 气体 W=-F碰=→p环dl W=一p环 冷变化v1-→V 式中W—一体积功,J或kJ; 不——环境压力,kPa; 系统始、终状态的体积,m3s 9
1．体积功（volume work）W体 ❖ （1）定义 由于系统体积的变化而与环境传递的能量。 ❖ 如图 ❖ 活塞向右移动微小距离dl ❖ 系统做功 ❖ ＝－Fdl＝－p环Adl ❖ ＝－p环dV ❖ 变化 V1 —→V2 ❖ 式中 W——体积功，J或kJ； ❖ p环——环境压力，kPa； ❖ V1、V2——系统始、终状态的体积，m3 。 W W 9