第三章热力学第一定律 s3.1准静态过程 §3.2功、热、内能 §3.3热力学第一定律 §34热容量 §3.5理想气体的绝热过程 §3.6循环过程 §3.7卡诺循环 §3.8致冷机
第三章 热力学第一定律 § 3.1 准静态过程 § 3.2 功、热、内能 § 3.3 热力学第一定律 § 3.4 热容量 § 3.5 理想气体的绝热过程 § 3.6 循环过程 § 3.7 卡诺循环 § 3.8 致冷机
§3.1准静态过程 1.热力学过程 当系统的状态随时间变化时,我们就说 系统在经历一个热力学过程,简称过程。 例:推进活塞压缩汽缸内的气体时,气 体的体积,密度,温度 或压强都将变化,在过 程中的任意时刻,气体 各部分的密度,压强, 温度都不完全相同
当系统的状态随时间变化时，我们就说 系统在经历一个热力学过程，简称过程。 例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，气 体的体积，密度，温 度 或压强都将变化，在过 程中的任意时刻，气体 各部分的密度， 压强， 温度都不完全相同。 §3.1 准静态过程 1. 热力学过程
2非静态过程 过程的发生,系统往往由一个平衡状态到 平衡受到破坏,再达到一个新的平衡态。从平衡态 破坏到新平衡态建立所需的时向称为弛豫时间,用 τ表示。实际发生的过程往往进行的较快,(如前 例)在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变 化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态, 这种过程为非静态过程。作为中间态的非平衡态通 常不能用状态参量来描述。 在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀 程是一个非静态过程。“自由”指气体不受阻力 冲向右边。如下页图
2.非静态过程 过程的发生，系统往往由一个平衡状态到 平衡受到破坏，再达到一个新的平衡态。从平衡态 破坏到新平衡态建立所需的时间称为弛豫时间，用 τ表示。实际发生的过程往往进行的较快，（如前 例）在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变 化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态， 这种过程为非静态过程。作为中间态的非平衡态通 常不能用状态参量来描述。 在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀 程是一个非静态过程。“自由”指气体不受阻力 冲向右边。如下页图：
气体自由膨胀过程 初态 真空 末态 膨胀
气体自由膨胀过程 初态 真空 末 态 膨胀
3准静态过程 个过程,如果任意时刻的中间态都无限 接近于一个平衡态,则此过程为准静态过程。 显然,这种过程只有在进行的“无限缓慢”的 条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统 状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ 才可近似看作准静态过程。 举例1:外界对系统做功 过程无限缓慢 非平衡态到平衡态的过渡时间, 即弛豫时间,约103秒,如果 实际压缩一次所用时间为1秒, 就可以说是准静态过程
举例1：外界对系统做功 过程无限缓慢 非平衡态到平衡态的过渡时间， 即弛豫时间，约 10 -3 秒 ，如果 实际压缩一次所用时间为1 秒， 就可以说 是准静态过程。 3. 准静态过程 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限 接近于一个平衡态，则此过程为准静态过程。 显然，这种过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的 条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统 状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ 才可近似看作准静态过程
举例2:系统(初始温度T1)从外界吸热 从T1→T2是准静态过程 系统T 系统温度T1直接与热源 T接触,最终达到热平衡, 不是准静态过程 等温过程 等容过程 T1+△TT1+2△TT1+3△T 等压过程 因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态,故准静态 循环过程 过程可以用系统的状态图,如 PV图(或P-T图,VT图)中 条曲线表示,反之亦如此。0
举例2：系统（初始温度 T1）从 外界吸热 系统T1 T1+△T T1+2△T T1+3△T T2 从 T1 T2 是准静态过程 系统 温度 T1 直接与 热源 T2接触，最终达到热平衡， 不是 准静态过程。 因为状态图中任何一点都表示 系统的一个平衡态，故准静态 过程可以用系统的状态图，如 P-V图（或P-T图，V-T图）中 一条曲线表示，反之亦如此。 V P o 等温过程 等容过程 等压过程 循环过程
§3.2功、热、内能 1.功 1)做功可以改变系统的状态 摩擦升温(机械功)、电加热(电功 R 电源
电源 R §3.2 功、热、内能 1） 做功可以改变系统的状态 • 摩擦升温（机械功）、电加热（电功 1. 功
摩擦功:bhp=/电功:dh=t=Uq 通常:微量功=广义力×广义位移 2)准静态过程气体对外界做功: fdl f sdl dw= pdy 3)功的示8功:v=Jh=P 4)功是过程量
摩擦功： dw f dl = r 电功： dw = IUdt = Udq 通常： 微量功 = 广义力×广义位移 2） 准静态过程气体对外界做功： 总功： w dw V PdV V = = 1 2 P dl s sdl s f dw = fdl = dw= PdV V P 1 2 W 0 4） 功是过程量 3） 功的图示
2.热量 1)系统和外界温度不同,就会传热,或称能量交 换,热量传递可以改变系统的状态。 2)热量是过程量 微小热量:dO>0表示系统从外界吸热 <0表示系统向外界放热。 总热量 积分与过程有关。 3内能 内能的变化: 系统的内能是状态量 如同P、V7等量 △E2=∫E=E2-E 理想气体:E=7只与初、末态有关 与过程无关
1）系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交 换，热量传递可以改变系统的状态。 微小热量 ： dQ > 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。 总热量： Q = 1 dQ2 积分与过程有关 。 系统的内能是状态量 如同 P、V、T等量 理想气体 ： E i = RT 2 内能的变化： E12 dE E E 1 2 = = 2 − 1 只与初、末态有关， 与过程无关。 2）热量是过程量 2.热量 3.内能
§33热力学第一定律 某一过程,系统从外界吸热Q,对外界做功W, 系统内能从初始态E变为E2,则由能量守恒: Q=E2-E+w 对无限小过程: dQ=dE+dw Q>0? W>0? △E>0?
§3.3 热力学第一定律 • 某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W， 系统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒： Q = E2 − E1 +W 对无限小过程： dQ = dE + dW Q>0 ？ W>0 ？ △E>0 ?