准静态冠程 内能、功和热量
1 准静态过程 内能、功和热量
准静态过程 热力学系统:热力学研究的对象 这一节只研究理想气体系统。 热力学过程(简称过程):热力学系统从一个状态变 化到另一个状态的过程。 实际发生的过程往往进行的较快,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。 准静态过程:任意时刻的中间态都无限接近于一个平 衡态的过程 对准静态过程,在任何时刻系统的状态都可以当平 衡态来处理。 准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程
2 热力学系统：热力学研究的对象。 这一节只研究理想气体系统。 热力学过程（简称过程）：热力学系统从一个状态变 化到另一个状态的过程。 实际发生的过程往往进行的较快，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。 准静态过程：任意时刻的中间态都无限接近于一个平 衡态的过程。 对准静态过程，在任何时刻系统的状态都可以当平 衡态来处理。 一、准静态过程 准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程
准静态过程只有在进行的“无限缓慢”的条件下 才可能实现。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 作为准静态过程中间状 态的平衡态,具有确定的状PtA 态参量值。 对于简单系统可用PV图 上的一点来表示这个平衡态。 过程曲线 系统的准静态变化过程可用P B V图上的一条曲线表示。 V 非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。 准静态过程是一种理想的极限,但作为热力学 的基础,我们要着重讨论它
3 准静态过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的条件下 才可能实现。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。 P o V B A 作为准静态过程中间状 态的平衡态，具有确定的状 态参量值。 准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学 的基础，我们要着重讨论它。 过程曲线 非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。 对于简单系统可用P—V图 上的一点来表示这个平衡态。 系统的准静态变化过程可用P— V图上的一条曲线表示
内能、内能增量 内能:系统中所有分子不规则运动的能量与分子与分 子之间相互作用的势能的总和。 1理想气体内能:E=VRT 单原子分子气体E=-1RT 内能的改变只 双原子分子气体ES 决定于系统初末两 RT个状态,与所经历 的过程无关。内能 多原子分子气体E=7是“状态量”。 2内能增量E=E2-E1=R(Z2-T)=7A 微小变化:dE=上vRer
4 1.理想气体内能: RT i E 2 = 内能：系统中所有分子不规则运动的能量与分子与分 子之间相互作用的势能的总和。 内能的改变只 决定于系统初末两 个状态，与所经历 的过程无关。内能 是“状态量”。 2.内能增量 E = E2 − E1 ( 2 1 ） 2 R T T i = − 单原子分子气体 E RT 2 3 = 双原子分子气体 E RT 2 5 = 多原子分子气体 E RT 2 6 = 二、内能、内能增量 R T i = 2 微小变化： RdT i dE 2 =
三、功 1.气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。 例如:气缸内的气压大于外界大气压,气体膨胀推 动气缸活塞对外作功。 2气体作功的计算 只考虑无摩擦准静态过程的功。 P 由功的定义:A=dA= Fdr cos 压力F=PS 元功dA=F=PSd=PaV·特殊: 体积变化从V1V2,在整个等容过程:A等容=0 过程中气体作功为: 等压过程: b a= da= pdy A等压=P(V2-V1)
5 1. 气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。 例如：气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推 动气缸活塞对外作功。 三、功 S dx dV P 元功 dA= Fdx = PSdx= PdV 压力 F = PS 由功的定义： = = b a b a A dA Fdr cos 只考虑无摩擦准静态过程的功。 2.气体作功的计算 体积变化从 V1—V2，在整个 过程中气体作功为： = = 2 1 V V b a A dA PdV • 特殊： 等容过程：A等容=0 等压过程： A等压= P(V2-V1)
P1 pdv=a 结论:PV图上过程曲线P=P() 下的面积等于功的大小。 注意: 功的大小不仅取决于系统的始末oV1dV 状态,且与系统经历的过程有关。P 1-2与1-1-2两个过程的始 末状态相同,但过程曲线不同, 两条曲线下的面积不同,则作 功也不同。 功是过程量
6 V1 o P V V2 1 2 dV P 结论：P—V 图上过程曲线P=P(V) 下的面积等于功的大小。 S PdV V V = 2 1 = A 1−2与1−1’−2两个过程的始 末状态相同，但过程曲线不同， 两条曲线下的面积不同，则作 功也不同。 注意： 功的大小不仅取决于系统的始末 状态，且与系统经历的过程有关。 功是过程量 1' V1 o P V V2 1 2
四、热量 1热的本质是传递的能量。该能量的多少就是热量。 例如:一杯80°C的热水,向周围温度较低的空气放出热 量,这是一个过程,而说这杯水具有多少热量是错的 2热量与温度的区别 热量是能量变化的一种量度,是过程量。 ·温度反映了物体冷热程度,是分子平均平动动能的 标志,是状态量。 3热量的计算Q=Cn(2-7) Cm为摩尔热容量mo1气体升高单位温度所吸收的热量。 Cn=MnCc是比热
7 例如：一杯80ºC的热水，向周围温度较低的空气放出热 量，这是一个过程，而说这杯水具有多少热量是错的。 2.热量与温度的区别 •热量是能量变化的一种量度，是过程量。 •温度反映了物体冷热程度，是分子平均平动动能的 标志，是状态量。 3.热量的计算 ( ) Q =Cm T2 −T1 1.热的本质是传递的能量。该能量的多少就是热量。 c是比热， 四、热量 Cm为摩尔热容量：1mol气体升高单位温度所吸收的热量。 C M c m = mol
摩尔热容可定成:Cm=dTmg 符号可表示“元”, 热量与过程有关。同一系统在不同过程中的热容量有 不同的值。常用的有等容摩尔热容与等压摩尔热容 等容过程:引入等容摩尔热容Cv,m,表示在等容过 程中,1mol气体升高单位温度所吸收的热量。 do 热量Q dT 等压过程:引入等压摩尔热容Cpmn,表示在等压过 程中,1mol气体升高单位温度所吸收的热量。 dQ 热量Qp P,m(12 规定:系统吸热:Q吸>0系统放热:Q放<0 8
8 摩尔热容可定成： 符号 d 表示“元”， 热量与过程有关。同一系统在不同过程中的热容量有 不同的值。常用的有等容摩尔热容与等压摩尔热容。 •等容过程：引入等容摩尔热容CV，m，表示在等容过 程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 V V m dT dQ C , = •等压过程：引入等压摩尔热容CP,m，表示在等压过 程中，1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。 ( ) QP =CP,m T2 −T1 规定： P P m dT dQ C , = ( ) 热量 QV =CV ,m T2 −T1 系统吸热：Q吸 0 系统放热：Q放 0 热量 m m dT dQ C =