热力学基础 热力学第一定律 内能 功 热量.

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1 热力学基础 热力学第一定律 内能 功 热量

2 一、热力学第一定律 本质: 包括热现象在内的能量守恒和转换定律. Q 表示系统吸收的热量,W 表示系统对外所作的功,E (=E2-E1)表示系统内能的增量. 热力学第一定律微分式: 微小过程

3 二、内能 理想气体的内能是温度的单值函数 改变系统内能的两种不同方法: 钻木取火 —— 通过做功的方式将机械能转换为物体的内能. 烤火 —— 通过热量传递提高物体内能.

4 结论: 系统所做的功在数值上等于p-V 图上过程曲线以下的面积.
三、功与热 1. 准静态过程中的功 W (p2,V2,T2) (p1,V1,T1) p V O dl V1 V2 dV 注意: 非静态过程不适用 结论: 系统所做的功在数值上等于p-V 图上过程曲线以下的面积.

5 示功图: p –V 图上过程曲线下的面积 体积 压强 体积 压强 路径1 路径2 体积 压强

6 2. 准静态过程中的热 Q 热容量: 物体温度升高一度所需要吸收的热量 单位: 比热: 单位质量物质热容量 单位: 摩尔热容: 1摩尔物质的热容量 x 表示不同的过程

7 定体摩尔热容: 1mol理想气体在压强不变的状态下,温度升高一度所需要吸收的热量.
i = 自由度 3 , 单原子气体: 氦、氖 5 , 双原子气体: 氢、氧、氮 6 , 多原子气体: 二氧化碳、甲烷 定压摩尔热容: 1mol理想气体在压强不变的状态下,温度升高一度所需要吸收的热量. 迈耶公式:

8 3. W 与 Q 比较 焦耳《论热功当量》: 测定热功当量的实验 1卡 = 焦耳 误差0.5%

9  机械能-热能 Q=mgh 电能-热能 Q=I2Rt 认识上的重大突破: 热实际上是能量的一种形式. 与其他形式的能量一样, 热可以作功, 作功也能生热.

10 在系统状态变化过程中,W、Q、E 间数量关系 包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律
特点 能量转换 量度 作功 热传递 与宏观位移相联系, 通过非保守力做功实现 机械 运动 热运动 W 与温差相联系， 通过分子碰撞实现 Q 效果 引起系统内能变化 在系统状态变化过程中,W、Q、E 间数量关系 包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律 热力学第一定律

11 四、热力学第一定律的物理意义 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律. 热力学第一定律的其他表述: 第一类永动机是不可能制成的. 第一类永动机: 系统不断经历状态变化后回到初态,不消耗内能,不从外界吸热,只对外做功. 违反热力学第一定律 即: W E

12 第一类永动机: 不需要外界提供能量, 但可以继续不断地对外做功的机器.
利用左右两侧摆杆和球的不平衡,系统所受力矩作用,使轮子转动,达到永动的目的.

13 达芬奇(Leonardo da Vinci, 1452-1519)“永动机”
右边的重球比左边的重球离轮心更远些, 在两边不均衡的作用下会使轮子沿箭头方向转动不息.

14 据杠杆平衡原理设计的永动机

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16 流水的落差可以推动水轮机对外提供动力

17 利用磁力作用获得有效动力