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1、5.2.1 热量、功和热力学能 5.2.2 热力学第一定律5.2 热力学第一定律及其应用5.2.3 准静态过程 5.2.4 理想气体的等体、 等压和等温过程 5.2.5 气体的摩尔热容 5.2.6 理想气体的绝热过程5.2.1 热量、功和热力学能1. 热量系统与外界之间由于温度差异而传递的能量 叫做热量.热力学能是表征热力学系统状态的物理量.2. 热力学能系统热力学能的增量只与系统的起始和终 了状态有关，与系统所经历的过程无关，是温度 的单值函数.A. 做功B. 热传递5.2.2 热力学第一定律 1. 数学表达式意 义 在状态变化的过程中，系统所吸收的热量一部分使系统的热力学能增加，另一部分用
2、于对 外做功. 2. 对于系统状态的微小变化过程，热力学第一 定律可表示为如果所研究的系统是气体，则热力学第一 定律的数学表达式为第一类永动机是做不成的.1. 定义准静态过程是指在过程中任意时 刻，系统都以一种 无限缓慢的、接近 于平衡状态的过程 进行. 5.2.3 准静态过程对于理想气体，准静态过程可以 用p-V 图上的一条 曲线来表示，而非 静态过程则不能. V1pVopdVV2 2. 气体系统做功的表达式 以气缸为例分析 设:气体压强为p，活塞的截面积为SV1V2pVopdV气体对外所做的 总功等于曲线与横坐 标之间的曲边梯形的 面积 注意 功是过程量，其数值大小与过程有关，只 给定初态
3、和末态并不能确定功的数值.或5.2.4 理想气体的等体、等压和等温过程 热力学第一定律可以应用于气体、液体和 固体系统，研究它们的变化过程.1. 等体过程气体体积保持不变的过程叫做等体过程.0PVP1V等 体 线P2在等体过程中，系统从外界吸收的热 量全部用于增加系统 的热力学能；2. 等压过程气体压强保持不 变的过程叫等压过程.0pVpV12等压线V在等体过程中，系统从外界吸收的热量全部用于增加系统的热力学能；在等压过程中， 第一定律的表示式为系统对外所做的功为气体在等压过程中所吸收的热量一部分转换 为热力学能的增量, 一部分转换为对外所做的功.即3. 等温过程温度保持不变的过程叫做等温过程
4、.（热力学能只取决 于温度）0pVp1p2V2V1pdV在等温膨胀过程中，理想气体所吸收的热量全部转换为对外所做的功.等温过程中气体吸收（或放出）的热量是定 义 1摩尔的某种物质温度升高(或降低) 1K 所吸收（或放出）的热量.同一气体在不同的过程中有不同的热容.1. 等体摩尔热容等体摩尔热容5.2.5 气体的摩尔热容 设：1摩尔气体在等体过程中吸取热量 温度升高任意质量的理想气体的热力学能增量为：2. 等压摩尔热容等压摩尔热容设：1摩尔气体在等压过程中吸取热量 温度升高对于1mol 理想气体在等压过程中所以理想气体的等压摩尔热容较等体摩尔热容 大一恒量R .3. 比热容比5.2.6 理想气体
5、的绝热过程 系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程.定义热力学第一定律为0pVp2V2V1p1等温线绝热线在绝热过程中上式表明，在绝热过程中，系统对外做功完全依靠自身热力学能的减少. 0pVp2V2V1p1等温线绝热线气体从状态 经绝热过程变化到状态 时由（2）得理想气体的绝热方程例1. 如图所示，系统从状态a沿acb变化到状态b ， 有334J的热量传递给系统，而系统对外作的功为 126J. （1）若沿曲线adb时,系统做功42J，问有多 少热量传递给系统？ （2）当系统从状态b沿曲 线 bea 返回到状态a时，外界对系统做功 84 J ，问系统是吸热还是放热？ 传递了多少热量？ （3）若Ed
6、 - Ea=167J ， 求系统沿ad及db变化时，各吸收了多少热量？解:（1）若沿曲线adb时，系统做功42J，问有多少 热量传递给系统？（2）当系统从状态b沿曲线bea返回到状态a 时，外界对系统做功84J ，问系统是吸热还是放 热？传递了多少热量？负号表示放热（3）若Ed - Ea=167 J，求系统沿ad及db变化时，各吸收了多少 热量？例2. 设有5 mol 的氢气，最初状态的压强为 1.013105 Pa，温度为20C，求在下列过程中， 把氢气压缩为原来体积的1/10需要作的功： （1）等温过程；（2）绝热过程 ； （3）经这两过程后，气体的压强各为多少？解： 绝热过程等温过程（1
7、）等温过程中如图所示（2）气体为双原子气体，即 =1.41，所以，在绝热过程（12）中所做的功为：绝热过程等温过程（3）对于等温过程：对于绝热过程：例3. 氮气液化、把氮气放在一个有活塞的由绝 热壁包围的汽缸中.开始时,氮气的压强为50个标 准大气压、温度为300K ;经急速膨胀后,其压强 降至1个标准大气压,从而使氮气液化,试问此时 氮的温度为多少？ 解: 把氮气视为理想气体，其液化过程可当作 绝热过程.例4. 水的汽化.在一个有活塞的汽缸里放有一定 量的水，活塞与汽缸间的摩擦略去不计.汽缸壁的 材料是用良导热材料制成,使加在活塞上的压强p 维持为1.013105Pa,开始时,活塞与水面相接触,.此 时,若使环境(即热源)的温度非常缓慢地升高到 100C.求把单位质量的水汽化为水蒸气，水的热 力学能改变多少? 已知水的汽化热为 L=2.26106Jkg-1，水的密度为水=1040 kgm-3，水蒸气的密度蒸气=0.598 kgm-3水水蒸气100CP解：如图，在水吸收环境热量被汽化的过程中, 使质量为m的水汽化所需的热量为 系统膨胀的体积为于是作用于气体的功为质量为m 的水在汽化过程中热力学能的改变为结果表明：在标准大气压和100C的情况下, 1kg水从热源吸收2.26106J的热量, 只有2.09106J转化为热力学能, 其余的能量对活塞做了功.
