1、第3章 熱力學(xué)第一定律,氣體動理論微觀理論（統(tǒng)計的觀點）,熱力學(xué)（包括熱力學(xué)第一定律、第二定律）宏觀理論（能量的觀點）,大量作熱運動的分子的總體叫熱力學(xué)系統(tǒng)（簡稱“系統(tǒng)”） 。,系統(tǒng)由一個狀態(tài)變化到另一狀態(tài) ,叫熱力學(xué)過程（簡稱“過程” ） 。,前言,過程的分類：,1、按與外界的關(guān)系分類：,2、按過程的特征分類：,（1）等容過程(dV=0),（2）等壓過程(dp=0),（3）等溫過程(dT=0),（4）絕熱過程(Q=0),（5）循環(huán)過程（末態(tài)=初態(tài)）,3、按過程的性質(zhì)分類：,（1）準靜態(tài)過程（平衡過程）,（2）非準靜態(tài)過程（非平衡過程）, ,始平衡態(tài),一系列非平衡態(tài),末平衡態(tài),為了能利用平衡態(tài)

2、的性質(zhì)，引入準靜態(tài)過程。,準靜態(tài)過程：,每一狀態(tài)都無限接近于平衡態(tài)的,過程。,或，可視作由一系列平衡態(tài)銜接的過程。,準靜態(tài)過程是一種理想化的近似。,非準靜態(tài)過程：只要有一個狀態(tài)不能視為平衡態(tài)的過程。,3-1 準靜態(tài)過程,一、準靜態(tài)過程(quasi-static process),非準靜態(tài)過程,準靜態(tài)過程,統(tǒng)一于“無限緩慢”,矛盾,平衡即不變,過程即變化,只有過程進行得無限緩慢，每個中間態(tài)才可,看作平衡態(tài)。,如何判斷“無限緩慢”？,引入弛豫時間(relaxation time) ：,t過程 ：,過程就可視為準靜態(tài)的。,二、態(tài)函數(shù),任何一個物理量，只要它是描述狀態(tài)的，是狀態(tài)參量的單值函數(shù)，就稱它是

3、態(tài)函數(shù)。,p、V、T已知兩個即可求出第三個，它們本身也是態(tài)函數(shù)。,E是態(tài)函數(shù),(對非理氣也是),3-2 功 (work),通過作功可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能。,分子無規(guī)則運動的能量,分子有規(guī)則運動的能量,碰撞,微觀實質(zhì)：,功的計算(準靜態(tài)過程！體積功！)：,氣體膨脹，活塞緩慢外移dl，對外作功為：,A=Fdl,A=pdV,=pSdl=pdV,dV0 A0,dV0 A0 (氣體作負功,或,外界對氣體作功),V1 V2，系統(tǒng)作的功為,（在數(shù)值上等于p-V圖過程曲線下的面積）,從初態(tài)末態(tài)，不同曲線下的面積各異，功是過程量，不是態(tài)函數(shù)。,(對非理氣也適用),3-3 熱量 熱力學(xué)第一定律,一、熱量(heat),

4、傳熱與作功等效，都可改變系統(tǒng)的內(nèi)能。,分子無規(guī)則運動的能量,傳熱的微觀實質(zhì)：,從高溫物體向低溫物體傳遞,碰撞,作機械功是通過物體作宏觀位移來完成的，傳熱是通過分子間相互作用來完成的。,一般，系統(tǒng)內(nèi)能的改變可由作功和傳熱共同來實現(xiàn)，由能量守恒定律，有：,E = Q +A,Q系統(tǒng)從外界吸熱,A外界對系統(tǒng)作功,作功可改變系統(tǒng)的內(nèi)能,傳熱可改變系統(tǒng)的內(nèi)能,二、熱力學(xué)第一定律( first law of thermodynamics),E = Q +A,Q=E-A,=E+A,A系統(tǒng)對外界作功(=-A),Q=A + E,（熱一律）,（系統(tǒng)從外界吸熱，一部分用來對外作功 ，一部分用于內(nèi)能的增加）,符號規(guī)定：

5、Q 0 系統(tǒng)吸熱; A 0 系統(tǒng)對外界作正功; E 0 系統(tǒng)內(nèi)能增加。,對微小變化過程：,Q= A+dE,Q 過程量，不是態(tài)函數(shù)。,(1)實質(zhì)是能量守恒；,(3)適用于任何系統(tǒng)的任何過程。,(E=0, Q =0 A0 ),“既要馬兒跑，又要馬兒不吃草”,3-4 熱容(heat capacity),中學(xué)：,比熱（容）c,單位：calkg-1K-1 或 Jkg-1K-1,Q=Mc(T2-T1 )=McT,1cal=4.2J,(2)第一類永動機是造不出來的。,說明：,C=Mc 熱容,mol熱容:,Cm=Mmol c,（mol熱容定義）,mol熱容表示1mol物質(zhì)溫度升高1K所吸收的熱量。,單位：Jmol-1K-1,Cm與過程有關(guān)。,一、理氣的定容mol熱容,對等容過程：,=0,1、CV,m與T無關(guān)，僅與i有關(guān)。,單原子分子理氣：,雙原子分子理氣：,多原子分子理氣：,2、,（適用于理氣的任何過程）,二、理氣的定壓mol熱容,對準靜態(tài)等壓過程：,=pV, Mayer 公式,三、比熱比(specific heat ratio),1,例1.（習(xí)題集 p105 二. 6.）已知Ar 的定容比熱容cV=0.314 kJkg-1K-1，則Ar 原子的質(zhì)量m= （k=1.38 10-23 JK-1）,解：,定容m