PPT《第三章 热力学第一定律》

二、热量与传热 系统与外界之间由于存在温度差而传递的能量叫做热量. 例如,电炉对贮水器(A )内的水加热,把能量不断地传递给低温的水,水在未沸腾前温度逐渐升高,使系统状态发生变化,内能增加. 微观解释:从微观上看系统内能的变化是通过高温物体(电炉)的分子与贮水器的器壁分子相互碰撞交换能量,再通过贮水器器壁分子与水分子碰撞交换能量所产生的结果. 热量传递(传热)可以改变系统的状态. 思考: 做功 与 传递热量 都是能量交换的方式,并在改变系统状态上等效,二者在本质上有什么区别? 做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能和内能的转换和传递过程. 传热过程实质上是通过分子之间相互作用,即在不发生宏观位移的情况下,通过分子力做 微观功 来传递分子的无规则运动能量,改变系统内能的过程. 解答: 对系统做机械功(摩擦功或体积功)是与物体的宏观位移相联系的(如轮叶在液体中旋转,活塞移动等).从微观上看,物体发生宏观位移时,其中所有分子将在无规则热运动基础上附加一个共同的有规则运动.在做功过程中,通过分子间的碰撞将有规则运动能量(宏观上表现为机械能)转变为分子无规则运动能量.分子无规则热运动能量的总和在宏观上表现为系统的内能.因此,做机械功的过程是通过分子间的碰撞发生的宏观机械能和内能的转换和传递过程. 向系统传递热量是以系统和外界的温度不同为条件的.温度不同(分子热运动平均动能不同)的物体相互接触时,通过分子的碰撞,相互掺和,平均动能大的分子将把能量传给平均能量小的分子,结果在宏观上就引起物体系统内能发生变化.因此,传热过程实质上是通过分子之间相互作用,即在不发生宏观位移的情况下,通过分子力做 微观功 来传递分子的无规则运动能量,改变系统内能的过程.

三、准静态过程功的计算 以气体膨胀做功为例,计算与系统体积变化相联系的机械功 设缸内气体做准静态膨胀,气体对活塞的压力为pS,当气体推动活塞缓慢地移动一段微小位移dl时,气体对外界做功为: dA = pSdl = pdV 当dV >

0时,dA >

0,系统体积膨胀,对外做正功;

当dV <

0, dA <

0,系统体积缩小,外界对系统做正功,即系统对外做负功. 准静态过程中的体积功 若系统经历一有限的准静态过程,体积由V1 变为 V2,则系统对外界所做的总功为: 以气体膨胀做功为例,气体从初态( I )变化到末态(Ⅱ)用上式求出的功的大小,根据定积分的意义可知,即为 p-V 状态图过程曲线下的面积. (a) (b) Aa Ab Ab >

Aa 功是过程量 3.3 热力学第一定律 设在某一宏观过程中,某系统内能从初始状态 E1 变化到终了状态 E2,系统从外界吸收热量Q,同时对外做功A.实验表明,系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外界做功之和.这就是热力学第一定律. Q = E2 C E1 + A 表明:系统从外界吸收的热量一部分使系统内能增加,另一部分则用来对外做功.它是能量守恒定律在涉及热现象宏观过程中的具体表述. 在质心参考系中, (1) E2 C E1 ―― 系统内能增加,(E2 C E1 ) 为正值,即(E2 C E1 ) >

0;

系统内能减少,(E2 C E1 ) 为负值,即(E2 C E1 ) <

0.(2) Q?―― 系统从外界吸收热量,Q 为正值,即Q >

0;

系统向外界放热,Q 为负值,即Q <