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1、5.2功功(准静态过程准静态过程)一一、流体体积功、流体体积功 二二、功的认识、功的认识三三、其它形式的功、其它形式的功. .体积功的计算体积功的计算准静态等温功准静态等温功准静态等温功准静态等温功: : : :准静态等压功：准静态等压功：准静态准静态准静态准静态等体功：等体功：等体功：等体功：5.1热力学过程热力学过程5.2功功5.3热量热量5.4热力学第一定律热力学第一定律5.5热容量热容量焓焓5.6气体的内能气体的内能焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验5.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环5.7热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用TheFirstLawofTher
2、modynamics 三、结论三、结论一、热量一、热量二二、人类对热量的认识人类对热量的认识5.3热量热量一、热量一、热量系统状态的改变来源于系统与外界间存在温度差！系统状态的改变来源于系统与外界间存在温度差！来源于热学平衡条件的破坏来源于热学平衡条件的破坏. .称系统与外界间存在称系统与外界间存在热学相互作用热学相互作用热学相互作用热学相互作用。作用的结果使能量从高温物体传递给低温物体，作用的结果使能量从高温物体传递给低温物体，传递的能量称为热量。传递的能量称为热量。A ABT T11T T2 2A ABT T热接触热接触热接触热接触热量热量热量热量和和和和功功功功是系统状态变化中伴随发生的
3、两种不同的能量是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能量是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能量是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能量传递形式，它们都与状态变化的中间过程有关，因而不传递形式，它们都与状态变化的中间过程有关，因而不传递形式，它们都与状态变化的中间过程有关，因而不传递形式，它们都与状态变化的中间过程有关，因而不是系统状态的特征，是系统状态的特征，是系统状态的特征，是系统状态的特征，而是过程的特征而是过程的特征而是过程的特征而是过程的特征。一、热量一、热量 一个无穷小的过程中所传递的热量与功一样，不一个无穷小的过程中所传递的热量与功一样，不一个无穷小的过程中所传递的热量与功一样，不
4、一个无穷小的过程中所传递的热量与功一样，不满足多元函数的全微分条件。满足多元函数的全微分条件。满足多元函数的全微分条件。满足多元函数的全微分条件。 仅表示仅表示沿某一路径沿某一路径沿某一路径沿某一路径上无穷小变化上无穷小变化热量来源于热学相互作用。热量来源于热学相互作用。热量来源于热学相互作用。热量来源于热学相互作用。还有第三种相互作用还有第三种相互作用化学相互作用。化学相互作用。 扩散、渗透、化学反应等都是由化学相互作用扩散、渗透、化学反应等都是由化学相互作用扩散、渗透、化学反应等都是由化学相互作用扩散、渗透、化学反应等都是由化学相互作用而产生的现象。而产生的现象。而产生的现象。而产生的现象
5、。 功由力学相互作用引起。功由力学相互作用引起。功由力学相互作用引起。功由力学相互作用引起。 三、结论三、结论一、热量一、热量二二、人类对热量的认识人类对热量的认识5.3热量热量二、二、人类对热量的认识人类对热量的认识 早期有朴素的正确认识。早期有朴素的正确认识。早期有朴素的正确认识。早期有朴素的正确认识。 那时人们只能根据摩擦生热，冷暖转化等表面现象和外部那时人们只能根据摩擦生热，冷暖转化等表面现象和外部那时人们只能根据摩擦生热，冷暖转化等表面现象和外部那时人们只能根据摩擦生热，冷暖转化等表面现象和外部联系直观地对热的本质作些朴素的猜测，如古希腊人认为联系直观地对热的本质作些朴素的猜测，如古
6、希腊人认为联系直观地对热的本质作些朴素的猜测，如古希腊人认为联系直观地对热的本质作些朴素的猜测，如古希腊人认为热是由于物体运动而获得的。热是由于物体运动而获得的。热是由于物体运动而获得的。热是由于物体运动而获得的。 1717世纪一些自然哲学家世纪一些自然哲学家世纪一些自然哲学家世纪一些自然哲学家 BaconBacon,Boyle,Hooke,Newton,Boyle,Hooke,Newton“热本身、热的本质精髓就是运动而不是别的。热本身、热的本质精髓就是运动而不是别的。热本身、热的本质精髓就是运动而不是别的。热本身、热的本质精髓就是运动而不是别的。”法国的笛卡尔法国的笛卡尔法国的笛卡尔法国的
7、笛卡尔认为，热就是物质粒子的旋转运动。认为，热就是物质粒子的旋转运动。认为，热就是物质粒子的旋转运动。认为，热就是物质粒子的旋转运动。玻意尔认为玻意尔认为玻意尔认为玻意尔认为热就是由微小物质粒子的急速运动而产生。热就是由微小物质粒子的急速运动而产生。热就是由微小物质粒子的急速运动而产生。热就是由微小物质粒子的急速运动而产生。二、二、人类对热量的认识人类对热量的认识FeT T1 1T T2 2较热的物体含较多的热量，较热的物体含较多的热量，较热的物体含较多的热量，较热的物体含较多的热量，较冷的物体含较少的热量！较冷的物体含较少的热量！较冷的物体含较少的热量！较冷的物体含较少的热量！1818世纪，
8、随着计量学、量热学、化学的发展，人们对世纪，随着计量学、量热学、化学的发展，人们对世纪，随着计量学、量热学、化学的发展，人们对世纪，随着计量学、量热学、化学的发展，人们对热现象的认识，走上了一条曲折的道路。热现象的认识，走上了一条曲折的道路。热现象的认识，走上了一条曲折的道路。热现象的认识，走上了一条曲折的道路。英国物理学英国物理学英国物理学英国物理学家布莱克家布莱克家布莱克家布莱克提出了系统的提出了系统的提出了系统的提出了系统的“ “热质说热质说热质说热质说” ”，二、二、人类对热量的认识人类对热量的认识英国物理学家布莱克认为热就是一种没有重量，英国物理学家布莱克认为热就是一种没有重量，不可
9、称量，不生不变，存在于一切物体之中的可以不可称量，不生不变，存在于一切物体之中的可以自由流动的特殊物质，物体的冷热是由热质的多少自由流动的特殊物质，物体的冷热是由热质的多少决定的。热的传导，如同流水由高到低流动着热质，决定的。热的传导，如同流水由高到低流动着热质，热膨胀是热质注入所致，太阳光透镜聚焦生热，也热膨胀是热质注入所致，太阳光透镜聚焦生热，也是由于热质集中等，这种观点统治了上百年，甚至是由于热质集中等，这种观点统治了上百年，甚至在在1789年，拉瓦锡仍把热摆在化学元素表中，属气年，拉瓦锡仍把热摆在化学元素表中，属气体元素。体元素。热质说认为，热是一种可以透入一切物热质说认为，热是一种可
10、以透入一切物热质说认为，热是一种可以透入一切物热质说认为，热是一种可以透入一切物体之中不生不灭的无色、无味、无重量的流体之中不生不灭的无色、无味、无重量的流体之中不生不灭的无色、无味、无重量的流体之中不生不灭的无色、无味、无重量的流体物质。较热的物体含热质多，较冷的物体体物质。较热的物体含热质多，较冷的物体体物质。较热的物体含热质多，较冷的物体体物质。较热的物体含热质多，较冷的物体含热质少，冷热不同的物体相互接触时，热含热质少，冷热不同的物体相互接触时，热含热质少，冷热不同的物体相互接触时，热含热质少，冷热不同的物体相互接触时，热质从较热物体流入较冷物体中质从较热物体流入较冷物体中质从较热物体
11、流入较冷物体中质从较热物体流入较冷物体中。物质量守恒的思想的延续！物质量守恒的思想的延续！物质量守恒的思想的延续！物质量守恒的思想的延续！“ “热质说热质说热质说热质说” ”理论本身是错误的，但理论本身是错误的，但理论本身是错误的，但理论本身是错误的，但18181818世纪和世纪和世纪和世纪和19191919世纪初对科学的发展起了推动作用。世纪初对科学的发展起了推动作用。世纪初对科学的发展起了推动作用。世纪初对科学的发展起了推动作用。沙僧追妖，连追沙僧追妖，连追沙僧追妖，连追沙僧追妖，连追5050里后，不光没逮着，还弄得里后，不光没逮着，还弄得里后，不光没逮着，还弄得里后，不光没逮着，还弄得自
12、己汗流浃背，热浪袭人，头顶上的热气，如烟如自己汗流浃背，热浪袭人，头顶上的热气，如烟如自己汗流浃背，热浪袭人，头顶上的热气，如烟如自己汗流浃背，热浪袭人，头顶上的热气，如烟如雾，久久不散。沙僧没问自己为何追不到妖，而是雾，久久不散。沙僧没问自己为何追不到妖，而是雾，久久不散。沙僧没问自己为何追不到妖，而是雾，久久不散。沙僧没问自己为何追不到妖，而是痛苦地仰天长叹痛苦地仰天长叹痛苦地仰天长叹痛苦地仰天长叹:“:“天啦，我哪来的这么多热啊天啦，我哪来的这么多热啊天啦，我哪来的这么多热啊天啦，我哪来的这么多热啊- -”对此问题，八戒不屑一顾，摇头轻叹对此问题，八戒不屑一顾，摇头轻叹对此问题，八戒不屑
13、一顾，摇头轻叹对此问题，八戒不屑一顾，摇头轻叹:“:“幼稚，幼幼稚，幼幼稚，幼幼稚，幼稚啊！稚啊！稚啊！稚啊！”哪来的热？哪来的热？哪来的热？哪来的热？ 实际上，在两百多年前，热可是个神秘东西！那实际上，在两百多年前，热可是个神秘东西！那实际上，在两百多年前，热可是个神秘东西！那实际上，在两百多年前，热可是个神秘东西！那时候，科学家们不但不了解热，还不知道燃烧，可时候，科学家们不但不了解热，还不知道燃烧，可时候，科学家们不但不了解热，还不知道燃烧，可时候，科学家们不但不了解热，还不知道燃烧，可笑的是，他们以为自己很了解。如果你问他们，木笑的是，他们以为自己很了解。如果你问他们，木笑的是，他们以
14、为自己很了解。如果你问他们，木笑的是，他们以为自己很了解。如果你问他们，木头为什么会燃烧，他们会对你说头为什么会燃烧，他们会对你说头为什么会燃烧，他们会对你说头为什么会燃烧，他们会对你说:“:“你傻呀？这是因你傻呀？这是因你傻呀？这是因你傻呀？这是因为木头里有为木头里有为木头里有为木头里有燃素燃素燃素燃素！” ”如果你问他们为什么有的东西如果你问他们为什么有的东西如果你问他们为什么有的东西如果你问他们为什么有的东西热，有的东西冷？他们会毫不犹豫地告诉你，那是热，有的东西冷？他们会毫不犹豫地告诉你，那是热，有的东西冷？他们会毫不犹豫地告诉你，那是热，有的东西冷？他们会毫不犹豫地告诉你，那是因为热
15、的东西有因为热的东西有因为热的东西有因为热的东西有热素热素热素热素，冷的东西有，冷的东西有，冷的东西有，冷的东西有冷素冷素冷素冷素。后来，人。后来，人。后来，人。后来，人们陆陆续续发现一些元素后，依然还是没有了解热们陆陆续续发现一些元素后，依然还是没有了解热们陆陆续续发现一些元素后，依然还是没有了解热们陆陆续续发现一些元素后，依然还是没有了解热的本质。以至拉瓦锡认为，热素是一种元素，他曾的本质。以至拉瓦锡认为，热素是一种元素，他曾的本质。以至拉瓦锡认为，热素是一种元素，他曾的本质。以至拉瓦锡认为，热素是一种元素，他曾经排过一张化学元素表经排过一张化学元素表经排过一张化学元素表经排过一张化学元素
16、表, ,上面写着各种元素上面写着各种元素上面写着各种元素上面写着各种元素: :铁，铜，铁，铜，铁，铜，铁，铜，铅，热素铅，热素铅，热素铅，热素热热物物质质、热热素素、热热质质说说直到后来，人们才终于认识到直到后来，人们才终于认识到直到后来，人们才终于认识到直到后来，人们才终于认识到: :热是物质内热是物质内热是物质内热是物质内部分子运动的表现！物质内部的分子运动的越厉部分子运动的表现！物质内部的分子运动的越厉部分子运动的表现！物质内部的分子运动的越厉部分子运动的表现！物质内部的分子运动的越厉害，就越热，反之，就越冷。而最早提出这个想害，就越热，反之，就越冷。而最早提出这个想害，就越热，反之，就
17、越冷。而最早提出这个想害，就越热，反之，就越冷。而最早提出这个想法的是俄罗斯科学院院士罗蒙诺索夫，法的是俄罗斯科学院院士罗蒙诺索夫，法的是俄罗斯科学院院士罗蒙诺索夫，法的是俄罗斯科学院院士罗蒙诺索夫，17451745年，年，年，年，戴着假发的罗蒙诺索夫在科学大会上宣读了他的戴着假发的罗蒙诺索夫在科学大会上宣读了他的戴着假发的罗蒙诺索夫在科学大会上宣读了他的戴着假发的罗蒙诺索夫在科学大会上宣读了他的论文论文论文论文论冷和热的原因论冷和热的原因论冷和热的原因论冷和热的原因，一时引起轰动。，一时引起轰动。，一时引起轰动。，一时引起轰动。罗蒙诺索夫认为，冷和热的根本原因，在于罗蒙诺索夫认为，冷和热的根
18、本原因，在于罗蒙诺索夫认为，冷和热的根本原因，在于罗蒙诺索夫认为，冷和热的根本原因，在于物质内部的运动。就拿水来说，水是由水分子组物质内部的运动。就拿水来说，水是由水分子组物质内部的运动。就拿水来说，水是由水分子组物质内部的运动。就拿水来说，水是由水分子组成的，若水分子运动得慢，水的温度就低，若更成的，若水分子运动得慢，水的温度就低，若更成的，若水分子运动得慢，水的温度就低，若更成的，若水分子运动得慢，水的温度就低，若更慢，水分子就不到处乱跑了，而是原地踏步，于慢，水分子就不到处乱跑了，而是原地踏步，于慢，水分子就不到处乱跑了，而是原地踏步，于慢，水分子就不到处乱跑了，而是原地踏步，于是，水就
19、成了冰。相反，若水分子运动剧烈，则是，水就成了冰。相反，若水分子运动剧烈，则是，水就成了冰。相反，若水分子运动剧烈，则是，水就成了冰。相反，若水分子运动剧烈，则水就开始沸腾，蒸发，变成气体，从此过上了让水就开始沸腾，蒸发，变成气体，从此过上了让水就开始沸腾，蒸发，变成气体，从此过上了让水就开始沸腾，蒸发，变成气体，从此过上了让人渴望的自由生活人渴望的自由生活人渴望的自由生活人渴望的自由生活 热热动动说说、热热能能说说内内能能 沙僧沙僧沙僧沙僧:“:“我好像不是很懂嘞！我好像不是很懂嘞！我好像不是很懂嘞！我好像不是很懂嘞！” ”没事，马上就让你懂：沙僧、八戒！没事，马上就让你懂：沙僧、八戒！没事
20、，马上就让你懂：沙僧、八戒！没事，马上就让你懂：沙僧、八戒！ “ “到！到！到！到！” ”你俩分别用手在自己脸上，来回搓一百下！唰唰你俩分别用手在自己脸上，来回搓一百下！唰唰你俩分别用手在自己脸上，来回搓一百下！唰唰你俩分别用手在自己脸上，来回搓一百下！唰唰唰，唰唰唰唰，唰唰唰唰，唰唰唰唰，唰唰唰小沙同学，感觉如何？小沙同学，感觉如何？小沙同学，感觉如何？小沙同学，感觉如何？ “ “阿弥陀佛，脸烫如火，如火焰山再现！阿弥陀佛，脸烫如火，如火焰山再现！阿弥陀佛，脸烫如火，如火焰山再现！阿弥陀佛，脸烫如火，如火焰山再现！” ”小猪呢？小猪呢？小猪呢？小猪呢？“没那么严重吧，我只感觉一点烫而没那么严
21、重吧，我只感觉一点烫而没那么严重吧，我只感觉一点烫而没那么严重吧，我只感觉一点烫而已！已！已！已！” ”呵呵，很正常，用科学来解释就是，小沙同学脸呵呵，很正常，用科学来解释就是，小沙同学脸呵呵，很正常，用科学来解释就是，小沙同学脸呵呵，很正常，用科学来解释就是，小沙同学脸薄似纸，而小猪脸厚如墙！不管怎么的，你俩都感薄似纸，而小猪脸厚如墙！不管怎么的，你俩都感薄似纸，而小猪脸厚如墙！不管怎么的，你俩都感薄似纸，而小猪脸厚如墙！不管怎么的，你俩都感觉到了热！之所以会热，是因为构成脸皮的分子和觉到了热！之所以会热，是因为构成脸皮的分子和觉到了热！之所以会热，是因为构成脸皮的分子和觉到了热！之所以会热
22、，是因为构成脸皮的分子和构成手皮的分子，在手脸相搓的过程中，也在互相构成手皮的分子，在手脸相搓的过程中，也在互相构成手皮的分子，在手脸相搓的过程中，也在互相构成手皮的分子，在手脸相搓的过程中，也在互相撞击，从而运动变快，所以变热。沙僧同学懂否？撞击，从而运动变快，所以变热。沙僧同学懂否？撞击，从而运动变快，所以变热。沙僧同学懂否？撞击，从而运动变快，所以变热。沙僧同学懂否？ “ “我，我我，我我，我我，我”唉别说了，如果还不懂就想想还没穿上衣服的原唉别说了，如果还不懂就想想还没穿上衣服的原唉别说了，如果还不懂就想想还没穿上衣服的原唉别说了，如果还不懂就想想还没穿上衣服的原始人为何能钻木取火吧！
23、始人为何能钻木取火吧！始人为何能钻木取火吧！始人为何能钻木取火吧！ 热热动动说说、热热能能说说内内能能 17981798年，伦福德伯爵年，伦福德伯爵年，伦福德伯爵年，伦福德伯爵( ( ( (CountRumfordCountRumford，AmericanAmerican，1753181417531814) ) ) ) 做了一系列摩擦生热的实验攻击热质说。做了一系列摩擦生热的实验攻击热质说。做了一系列摩擦生热的实验攻击热质说。做了一系列摩擦生热的实验攻击热质说。他仔细观察了钻头加工炮孔时的现象，他仔细观察了钻头加工炮孔时的现象，他仔细观察了钻头加工炮孔时的现象，他仔细观察了钻头加工炮孔时的现象
24、，17981798年年年年1 1月月月月2525日在皇家学会宣读他的文章日在皇家学会宣读他的文章日在皇家学会宣读他的文章日在皇家学会宣读他的文章: : : : “ “最近我应约去慕尼黑兵工厂领导钻制大炮的工最近我应约去慕尼黑兵工厂领导钻制大炮的工最近我应约去慕尼黑兵工厂领导钻制大炮的工最近我应约去慕尼黑兵工厂领导钻制大炮的工作。我发现，铜炮在钻了很短的一段时间后，就会产作。我发现，铜炮在钻了很短的一段时间后，就会产作。我发现，铜炮在钻了很短的一段时间后，就会产作。我发现，铜炮在钻了很短的一段时间后，就会产生大量的热；而被钻头从大炮上钻下来的铜屑更热生大量的热；而被钻头从大炮上钻下来的铜屑更热生
25、大量的热；而被钻头从大炮上钻下来的铜屑更热生大量的热；而被钻头从大炮上钻下来的铜屑更热（象我用实验所证实的，发现它们比沸水还要热）。（象我用实验所证实的，发现它们比沸水还要热）。（象我用实验所证实的，发现它们比沸水还要热）。（象我用实验所证实的，发现它们比沸水还要热）。” ” 伦福德分析这些热是由于摩擦产生的，他说：伦福德分析这些热是由于摩擦产生的，他说：伦福德分析这些热是由于摩擦产生的，他说：伦福德分析这些热是由于摩擦产生的，他说：“ “我们一定不能忘记我们一定不能忘记我们一定不能忘记我们一定不能忘记在这些实验中，由摩擦在这些实验中，由摩擦在这些实验中，由摩擦在这些实验中，由摩擦所生的热的来
26、源似乎是无穷无尽的。所生的热的来源似乎是无穷无尽的。所生的热的来源似乎是无穷无尽的。所生的热的来源似乎是无穷无尽的。” ” 焦耳是英国著名实验物理学家。焦耳是英国著名实验物理学家。焦耳是英国著名实验物理学家。焦耳是英国著名实验物理学家。1818181818181818年他出生年他出生年他出生年他出生于英国曼彻斯特市近郊，是富有的酿酒厂主的儿子。于英国曼彻斯特市近郊，是富有的酿酒厂主的儿子。于英国曼彻斯特市近郊，是富有的酿酒厂主的儿子。于英国曼彻斯特市近郊，是富有的酿酒厂主的儿子。他从小在家由家庭教师教授，他从小在家由家庭教师教授，他从小在家由家庭教师教授，他从小在家由家庭教师教授， 16161
27、616岁起与其兄弟一岁起与其兄弟一岁起与其兄弟一岁起与其兄弟一起到著名化学家道尔顿起到著名化学家道尔顿起到著名化学家道尔顿起到著名化学家道尔顿( ( ( (JohnDaltonJohnDalton，1766184417661844) ) ) )那里学习，这在焦耳的一生中起了关键的指导作用，那里学习，这在焦耳的一生中起了关键的指导作用，那里学习，这在焦耳的一生中起了关键的指导作用，那里学习，这在焦耳的一生中起了关键的指导作用，使他对科学发生了浓厚的兴趣，后来他就在家里做使他对科学发生了浓厚的兴趣，后来他就在家里做使他对科学发生了浓厚的兴趣，后来他就在家里做使他对科学发生了浓厚的兴趣，后来他就在家
28、里做起了各种实验，成为一名业余科学家。起了各种实验，成为一名业余科学家。起了各种实验，成为一名业余科学家。起了各种实验，成为一名业余科学家。 18451845年，焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的年，焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的年，焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的年，焦耳报道他在量热器中安装一带桨叶的转轮，经滑轮吊两重物下滑，桨轮旋转，不断搅动转轮，经滑轮吊两重物下滑，桨轮旋转，不断搅动转轮，经滑轮吊两重物下滑，桨轮旋转，不断搅动转轮，经滑轮吊两重物下滑，桨轮旋转，不断搅动水使水升温，测得热功当量为水使水升温，测得热功当量为水使水升温，测得热功当量为水使水升温，测得热功当量为89089
29、0890890磅磅磅磅 英尺英尺英尺英尺/ / / /英热单英热单英热单英热单位，相当于位，相当于位，相当于位，相当于4.7824.782焦耳焦耳焦耳焦耳/ / / /卡。卡。卡。卡。 AV热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。三、结论三、结论热量不是传递着的物质，热量不是传递着的物质，热量不是传递着的物质，热量不是传递着的物质，而是传递着的能量！而是传递着的能量！而是传递着的能量！而是传递着的能量！人们对热本质的认识经历了热动说人们对热本质的认识经历了热动说人们对热本质的
30、认识经历了热动说人们对热本质的认识经历了热动说热质说热质说热质说热质说热动说的过程，这说明人们对世界的热动说的过程，这说明人们对世界的热动说的过程，这说明人们对世界的热动说的过程，这说明人们对世界的认识具有反复性、认识具有反复性、认识具有反复性、认识具有反复性、无限性和上升性无限性和上升性无限性和上升性无限性和上升性的特点。的特点。的特点。的特点。其时，人们对事物的认识往往要经过反复多次，才能其时，人们对事物的认识往往要经过反复多次，才能其时，人们对事物的认识往往要经过反复多次，才能其时，人们对事物的认识往往要经过反复多次，才能达到全面的正确的程度，因为认识的手段在不断改进，达到全面的正确的程
31、度，因为认识的手段在不断改进，达到全面的正确的程度，因为认识的手段在不断改进，达到全面的正确的程度，因为认识的手段在不断改进，认识的范围在不断扩大，人们的知识面在不断扩大，这认识的范围在不断扩大，人们的知识面在不断扩大，这认识的范围在不断扩大，人们的知识面在不断扩大，这认识的范围在不断扩大，人们的知识面在不断扩大，这样对同一个对象的认识完全有可能在反复认识中不断提样对同一个对象的认识完全有可能在反复认识中不断提样对同一个对象的认识完全有可能在反复认识中不断提样对同一个对象的认识完全有可能在反复认识中不断提高。这就是认识的反复性、无限性和上升性的规律。高。这就是认识的反复性、无限性和上升性的规律
32、。高。这就是认识的反复性、无限性和上升性的规律。高。这就是认识的反复性、无限性和上升性的规律。AV热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。热量是物体中大量粒子机械运动的宏观表现。5.1热力学过程热力学过程5.2功功5.3热量热量5.4热力学第一定律热力学第一定律5.5热容量热容量焓焓5.6气体的内能气体的内能焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验5.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环5.7热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用TheFirstLawofThermodynamics5.4 热力学第一
33、定律热力学第一定律一一、能量转化和守恒定律的内容、能量转化和守恒定律的内容 二二、内能、内能 三三、热力学第一定律的数学表达式、热力学第一定律的数学表达式 第一类永动机是不能制造出来的。第一类永动机是不能制造出来的。第一类永动机是不能制造出来的。第一类永动机是不能制造出来的。 自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同自然界一切物体都具有能量，能量有各种不同形式形式 ，它能从一种形式转化为另一种形式，从一，它能从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的个物体传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数量不变。数量不变。一一、能量转化和守恒定律、能量转化和守恒定律18
34、50 自然界自然界一切物体一切物体都具有能量都具有能量，能量有各种能量有各种不同形不同形式式 ，它能从一种形式它能从一种形式转化转化为另一种形式，从一个为另一种形式，从一个物体物体传递传递给另一个物体，在转化和传递中能量的数给另一个物体，在转化和传递中能量的数量不变。量不变。运动的物体具有动能；静止的物体具有静止能运动的物体具有动能；静止的物体具有静止能运动的物体具有动能；静止的物体具有静止能运动的物体具有动能；静止的物体具有静止能mcmcmcmc2 2 2 2；化学能、电能、原子能、太阳能、内能；化学能、电能、原子能、太阳能、内能；化学能、电能、原子能、太阳能、内能；化学能、电能、原子能、太
35、阳能、内能；电池、电动机、发电机、热机、人体；电池、电动机、发电机、热机、人体；电池、电动机、发电机、热机、人体；电池、电动机、发电机、热机、人体；碰撞、热接触等；碰撞、热接触等；碰撞、热接触等；碰撞、热接触等； 能量是各种运动形式的公共量度，自然界各种运能量是各种运动形式的公共量度，自然界各种运能量是各种运动形式的公共量度，自然界各种运能量是各种运动形式的公共量度，自然界各种运动形式具有的能量可以相互转化，能量取机械功的单动形式具有的能量可以相互转化，能量取机械功的单动形式具有的能量可以相互转化，能量取机械功的单动形式具有的能量可以相互转化，能量取机械功的单位位位位“ “焦耳焦耳焦耳焦耳”
36、”，能量是做功的本领！，能量是做功的本领！，能量是做功的本领！，能量是做功的本领！5.4 热力学第一定律热力学第一定律一一、能量守恒定律的建立、能量守恒定律的建立 二二、内能、内能 三三、热力学第一定律的数学表达式、热力学第一定律的数学表达式 * *绝热过程绝热过程绝热系统：与外界没有热交换的系统绝热系统：与外界没有热交换的系统( (可可俄俄 谔谔谔谔有其它能量交换有其它能量交换) )。 系统状态的改变仅通过作功！系统状态的改变仅通过作功！ 绝热功：绝热功： 焦耳作了各种绝热过程的实验，其结果是：焦耳作了各种绝热过程的实验，其结果是：焦耳作了各种绝热过程的实验，其结果是：焦耳作了各种绝热过程的
37、实验，其结果是： 一切绝热过程中使水升高相同的温度所需一切绝热过程中使水升高相同的温度所需一切绝热过程中使水升高相同的温度所需一切绝热过程中使水升高相同的温度所需要作的要作的要作的要作的绝热功绝热功绝热功绝热功都是相等的。都是相等的。都是相等的。都是相等的。adiabaticadiabatic状态状态状态状态1(U1(U1 1) ) 绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程 状态状态状态状态2(U2(U2 2) )绝热功绝热功绝热功绝热功仅与初态、末态有关仅与初态、末态有关, , , ,与中间经历的是怎与中间经历的是怎与中间经历的是怎与中间经历的是怎样的绝热过程无关样的绝热过程无关样的绝热过程无关样的
38、绝热过程无关, , , ,是一个恒量是一个恒量是一个恒量是一个恒量! ! ! !*内能是内能是状状状状态函数态函数二、内能二、内能热学把注意力集中于系统内部热学把注意力集中于系统内部，它不考虑系统整体运动，它不考虑系统整体运动! ! 媒质对系统的作用使系统内部状态发生改变，它所改变媒质对系统的作用使系统内部状态发生改变，它所改变 的能量发生在系统内部，即内能改变。的能量发生在系统内部，即内能改变。状态函数状态函数状态函数状态函数: : 完全由系统的状态确定（状态参量完全由系统的状态确定（状态参量完全由系统的状态确定（状态参量完全由系统的状态确定（状态参量的的的的 单值函数），这个量为状态量（态
39、函数）单值函数），这个量为状态量（态函数）单值函数），这个量为状态量（态函数）单值函数），这个量为状态量（态函数）温度是态函数温度是态函数温度是态函数温度是态函数内能是态函数内能是态函数内能是态函数内能是态函数处于平衡态系统的内能是确定的。处于平衡态系统的内能是确定的。内能与系统状态间有一一对应的关系内能与系统状态间有一一对应的关系. .状态状态状态状态1(U1(U1 1) ) 任意过程任意过程任意过程任意过程 状态状态状态状态2(U2(U2 2) )内能的变化与过程无关！内能的变化与过程无关！内能的变化与过程无关！内能的变化与过程无关！关于内能的微观说明关于内能的微观说明: (1)(1)从微
40、观结构上看，系统的内能应是如下能量之和从微观结构上看，系统的内能应是如下能量之和从微观结构上看，系统的内能应是如下能量之和从微观结构上看，系统的内能应是如下能量之和；分子的无规热运动能量分子的无规热运动能量分子的无规热运动能量分子的无规热运动能量 ；分子间互作用势能；分子间互作用势能；分子间互作用势能；分子间互作用势能；分子分子分子分子( (或原子或原子或原子或原子) )内电子的能量；内电子的能量；内电子的能量；内电子的能量；原子核内部能量。原子核内部能量。原子核内部能量。原子核内部能量。分子动理论主要研究其中的分子动理论主要研究其中的分子动理论主要研究其中的分子动理论主要研究其中的、两项。两
41、项。两项。两项。 (2)(2)确定内能时可准确到一个不变的加数确定内能时可准确到一个不变的加数确定内能时可准确到一个不变的加数确定内能时可准确到一个不变的加数 U U0.0.称为称为称为称为内能常数。内能常数。内能常数。内能常数。内能变化量与内能变化量与内能变化量与内能变化量与 U U00无关，故常可假设无关，故常可假设无关，故常可假设无关，故常可假设 U U00=0=0。 组成系统的所有分子具有的各种形式的动能和组成系统的所有分子具有的各种形式的动能和势能的总和（包括分子、原子、原子核内的总势能的总和（包括分子、原子、原子核内的总能量）。能量）。 i.g.的内能的内能： 包括：分子的动能和分
42、子内的弹性势能，包括：分子的动能和分子内的弹性势能， 由能均分定理得：由能均分定理得：二、内能二、内能 将能量守恒和转化定律应用于热效应就是热力学第一定律。将能量守恒和转化定律应用于热效应就是热力学第一定律。将能量守恒和转化定律应用于热效应就是热力学第一定律。将能量守恒和转化定律应用于热效应就是热力学第一定律。 但是但是但是但是能量守恒与转化定律仅是一种思想，它的发展应借助于？能量守恒与转化定律仅是一种思想，它的发展应借助于？ 马克思讲过，一门科学只有达到了能成功地运用马克思讲过，一门科学只有达到了能成功地运用马克思讲过，一门科学只有达到了能成功地运用马克思讲过，一门科学只有达到了能成功地运用
43、数学数学数学数学时，才算时，才算时，才算时，才算真正发展了真正发展了真正发展了真正发展了。数学数学数学数学还可给人以公理化方法，即用少数概念和不证自明的命还可给人以公理化方法，即用少数概念和不证自明的命还可给人以公理化方法，即用少数概念和不证自明的命还可给人以公理化方法，即用少数概念和不证自明的命题作为公理，以此为出发点层层推论，建成一个严密的体系。题作为公理，以此为出发点层层推论，建成一个严密的体系。题作为公理，以此为出发点层层推论，建成一个严密的体系。题作为公理，以此为出发点层层推论，建成一个严密的体系。 热力学也理应这样的发展起来。热力学也理应这样的发展起来。热力学也理应这样的发展起来。
44、热力学也理应这样的发展起来。5.4 热力学第一定律热力学第一定律一一、能量守恒定律的内容、能量守恒定律的内容 二二、内能、内能 三三、热力学第一定律的数学表达式、热力学第一定律的数学表达式 三三、热力学第一定律的数学表达式、热力学第一定律的数学表达式 第一定律描述功与热量之间的相互转换。第一定律描述功与热量之间的相互转换。 态函数内能态函数内能的量纲也是能量，的量纲也是能量，它把功和热量联它把功和热量联系起来系起来将将 推广为推广为非非非非绝热过程，绝热过程， 若系统既吸热，外界又对系统作功，若系统既吸热，外界又对系统作功，若系统既吸热，外界又对系统作功，若系统既吸热，外界又对系统作功， 则内
45、能增量应等于这两者之和。则内能增量应等于这两者之和。则内能增量应等于这两者之和。则内能增量应等于这两者之和。Q系统吸收的热量，系统吸收的热量， Q0系统吸热；系统吸热； Q0外界对系统作正功，内能增加；外界对系统作正功，内能增加； A0、25时在同一参考态下每摩尔的时在同一参考态下每摩尔的焓值分别为焓值分别为hH2=8.468103Jmol-1，hO2=8.661103Jmol-1， hH2O=-2.2903105Jmol-1试求在定压下该化学反应的反应热：试求在定压下该化学反应的反应热：解解:等压下化学反应的反应热，等压下化学反应的反应热，Qp =hH2O-hH2-hO2/2=-2.4183
46、105Jmol-1。理想气体：理想气体：理想气体：理想气体： U = U (T )5.1热力学过程热力学过程5.2功功5.3热量热量5.4热力学第一定律热力学第一定律5.5热容量热容量焓焓5.6气体的内能气体的内能焦耳焦耳-汤姆逊实验汤姆逊实验5.8循环过程和卡诺循环循环过程和卡诺循环5.7热力学第一定律对理想气体的应用热力学第一定律对理想气体的应用TheFirstLawofThermodynamics5.6 气体的内能气体的内能 焦耳焦耳- -汤姆逊实验汤姆逊实验一一、焦尔实验、焦尔实验 二二、焦尔、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 物质的内
47、能物质的内能物质的内能物质的内能U U 。 分子无规热运动能，分子无规热运动能，分子无规热运动能，分子无规热运动能， U U 是温度是温度是温度是温度T T 的函数。的函数。的函数。的函数。分子间互作用势能，分子间互作用势能，分子间互作用势能，分子间互作用势能， U U又是体积又是体积又是体积又是体积 V V 的函数；的函数；的函数；的函数；一般说来，一般说来，一般说来，一般说来，U = U (T,V )理想气体内能理想气体内能这一推论应由实验验证，焦耳于这一推论应由实验验证，焦耳于1845年做著名的年做著名的气体自由膨胀气体自由膨胀实验，实验，是对这一问题的实验研究。是对这一问题的实验研究。
48、U = U (T ) 绝热过程处理，即绝热过程处理，即 Q =Q = 0 0 热力学第一定律热力学第一定律1.装置和结果装置和结果 A A = = 0 0 自由膨胀过程中内能为恒量！自由膨胀过程中内能为恒量！( (常压下的气体常压下的气体常压下的气体常压下的气体) )一一、焦尔实验、焦尔实验 =0是非静态过程是非静态过程!2.焦耳定律焦耳定律实验结果：实验结果： T1=T2气体内能仅是温度的函数，与体积无关。气体内能仅是温度的函数，与体积无关。 这一结论称为焦耳定律这一结论称为焦耳定律. . . . 质疑：质疑：常压气体常压气体( (即非理想气体即非理想气体) ) 向真空自由膨向真空自由膨胀时
49、温度一点不变？胀时温度一点不变？水的热容量比气体的大得多，水的热容量比气体的大得多，温度的变化，当时温度的变化，当时的测温精度可能没有测出来的测温精度可能没有测出来(0.01)焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小.5.6 气体的内能气体的内能 焦耳焦耳- -汤姆逊实验汤姆逊实验一一、焦尔实验、焦尔实验 二、焦尔二、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验(1853)三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 使物体温度降低的常用方法有下列五种使物体温度降低的常用方法有下列五种： 通过温度更低的物体来冷却；通过温度更低的物体来冷却； 通过吸收潜热通过吸收潜热(
50、 (如汽化热、吸附热、溶解热、稀释如汽化热、吸附热、溶解热、稀释热等热等) )来降温；来降温； 通过绝热膨胀降温；通过绝热膨胀降温； 温差电致冷；温差电致冷； 节流膨胀致冷。节流膨胀致冷。 高压高压低压低压多孔塞多孔塞二二、焦尔、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验( (1) ) Adiabatic( (2) ) H 阻滞作用，阻滞作用，(3)p1p2，稳定流动稳定流动 1. .实验装置实验装置绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径绝热条件下，高压气体经过多孔塞、小孔、通径很小的阀门或毛细管等流到低压一边的稳定流动很小的阀门或毛细管等流到低压一边的稳定流动过程称为绝热节流过程过程称为绝热节流过程。针
51、尖针尖节流阀节流阀毛细管毛细管高压高压低压低压多孔塞多孔塞实验发现，实验发现，T1 1T2 T0气体种类及多孔塞两边的压强的数值。气体种类及多孔塞两边的压强的数值。 1. .实验装置和结果实验装置和结果 分析分析分析分析 t t 内由左侧到右侧的一定量气体内由左侧到右侧的一定量气体内由左侧到右侧的一定量气体内由左侧到右侧的一定量气体, , , ,图（图（a）是节流前多孔塞左边的）是节流前多孔塞左边的活塞尚未运动时气体活塞尚未运动时气体的的热力学状态热力学状态（初态）。（初态）。图（图（b）是）是活塞将气体全部压到活塞将气体全部压到多孔塞右边时气体的状多孔塞右边时气体的状态（末态）。态（末态）。
52、2. .实验分析实验分析: : : :当气体全部穿过多孔塞以后，当气体全部穿过多孔塞以后，它的状态参量从它的状态参量从V1变为变为 V2，p1 变为变为 p2 , ,T1 变为变为 T2 。是非静态过程是非静态过程!. .设气体都在左边时的内能为设气体都在左边时的内能为 U1 ，气体都在右边时的内能为气体都在右边时的内能为 U2 。气体穿过多孔塞过程中，左边气体活塞对气体穿过多孔塞过程中，左边气体活塞对对象气体对象气体作功作功 气体推动右边活塞气体推动右边活塞, ,右边活塞右边活塞作功作功: :l2l1外界对定量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为？外界对定
53、量气体所作的净功为？外界对定量气体所作的净功为外界对定量气体所作的净功为Q =0，绝热节流过程前后的焓不变。绝热节流过程前后的焓不变。引入引入Joule-Thomsoncoefficient：经节流过程后，气体温度随压力的变化率。经节流过程后，气体温度随压力的变化率。一般气体在常温下节流会致冷。空气一般气体在常温下节流会致冷。空气( (0.25)CO2( (1.3)对于对于氢气氢气、氦气，在常温下节流后温度反而升高、氦气，在常温下节流后温度反而升高 (0.3 ) )，它们只有在足够低温度，它们只有在足够低温度( (-68 下下) )才为正节才为正节流效应。流效应。焦汤系数：焦汤系数：焦汤系数：
54、焦汤系数：因因因因 p1 p2，表示表示表示表示T1 T2，表示表示表示表示T1 T2，称制冷效应称制冷效应称制冷效应称制冷效应( (正效应正效应正效应正效应) )称制温效应称制温效应称制温效应称制温效应( (负效应负效应负效应负效应) )3. .J-T实验结论实验结论焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小，体膨胀所焦耳试验仅说明：内能和体积的关系很小，体膨胀所引起的内能增量引起的内能增量( (温度的变化难以测出温度的变化难以测出( (0.01)一般气体一般气体 U = U (T，V)p0，U = U (T)H = U + pVH = H (T，p)U = U (T，V)H = H (T)U =
55、 U (T)H = U +RT5.6 气体的内能气体的内能 焦耳焦耳- -汤姆逊实验汤姆逊实验一一、焦尔实验、焦尔实验 二二、焦尔、焦尔-汤姆逊实验汤姆逊实验三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 理想气体严格满足理想气体严格满足: :（1） pV = RT ；（2） U = U(T)。三三、理想气体内能和焓的表达式、理想气体内能和焓的表达式 1、理想气体内能的表达式、理想气体内能的表达式 因为因为 U = U (T )， 2.2.理想气体的焓的表达式理想气体的焓的表达式理想气体的焓的表达式理想气体的焓的表达式也仅是温度的函数。故也仅是温度的函数。故 它们也都仅是温度的函数。
56、同样有它们也都仅是温度的函数。同样有 经积分可得经积分可得：3.理想气体理想气体迈耶公式迈耶公式迈耶公式迈耶公式表示摩尔定压热容比摩尔定体热容大一个普适气体常量。表示摩尔定压热容比摩尔定体热容大一个普适气体常量。迈耶公式迈耶公式迈耶公式迈耶公式 U = U (T,V ) H = U + pV =H (T,p ) QV= U Q p =H U = U (T ) H = H (T ) 一一般般气气体体理理想想气气体体使系统经历一个热力学过程可以通过？方法使系统经历一个热力学过程可以通过？方法使系统经历一个热力学过程可以通过？方法使系统经历一个热力学过程可以通过？方法使系统状态发生变化必须通过作功和传热吗？使系统状态发生变化必须通过作功和传热吗？使系统状态发生变化必须通过作功和传热吗？使系统状态发生变化必须通过作功和传热吗？状态变化的过程必须遵守状态变化的过程必须遵守状态变化的过程必须遵守状态变化的过程必须遵守TFL
