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1、5.1 热力学第一定律及其应用,5.1.1 热量 功和热力学能,5.1.3 准静态过程,5.1.2 热力学第一定律,5.1.5 气体的摩尔热容,5.1.1 热量 功和热力学能,1.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,5.1.2 热力学第一定律,1.数学表达式,B.热传递,实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律,数学表达式中各量值的意义：,Q 为正，系统吸热；Q 为负，系统向外界放热,W为正，系统对外作功；W 为负，外界对系统作功,E2-E1 为正，内能增加；E2-E1 为
2、负，内能减少,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:,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,5.1.3 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,.气体系统作功的表达式,以气缸为例分析,设:气体压强为p，活塞的截面积为S,气体对外所作的总功等于曲线与横坐标之间的曲边梯形的面积,或,计算步骤:,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,在等体过程中
3、，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,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,（热力学能只取 决于温度）,等温过程中气体吸收（或放出）的热量是：,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,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,5.1.5 气体的摩尔热容,任意质量的理想气体的热
4、力学能增量为：,2.等压摩尔热容,等压摩尔热容,对于1 mol 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,5.1.6 理想气体的绝热过程,系统与外界无热量交换的过程叫绝热过程,在绝热过程中,热力学第一定律为,气体从状态 经绝热过程变化到状态 时,上式表明，在绝热过程中，系统对外作功完全依靠自身热力学能的减少,由（2）得,理想气体的绝热方程,解:,（1）若沿曲线adb时，系统作功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，外界对系统作功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E
5、d-Ea=167 J，求系统沿ad及db变化时，各吸收了多少热量？,解：,（1）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）中所作的功为：,（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,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,
