1、第三章第三章 热力学基础热力学基础一一 研究对象研究对象宏观物质，主要是气体，不考虑其微观结构和微观状态。二二 研究内容研究内容从能量的观点出发，分析在热力学系统状态变化中有关热功转换的关系和条件，包括热力学第一定律、循环过程、热力学第二定律、熵。3.1 热力学第一定律热力学第一定律 3.1.1基本概念一.热力学系统研究对象孤立系统、封闭系统、绝热系统、开放系统二.热力学过程 v0，过程中的每一时刻气体能重新达到新的平衡态 准静态过程准静态过程 特点：每一时刻均有确定的状态参量。三.功、热量、内能1.功（1）气体作功的计算A0系统对外作功A0外界对系统作功xpSpSV1V2VpxpSxFAdd
2、dd21dVVVpA（2）pV 图xpSpSV1V2pVdVOV1V2dSpAVpSdddAVpSVV21dpVOV1V2功是过程量2.热量Q 计算公式：Q=cm(T2-T1)=nCmol(T2-T1)n(读niu)摩尔数 Cmol摩尔热容量：1mol的气体温度改变一度所吸收或放出的热量。Cmol与过程有关，Q也是过程量。3.内能分子热运动能量的总和。状态参量RTiU2n?i)(212TTRiUn与过程无关。3.1.2 热力学第一定律1.定律：设系统从态态，对外作功A，吸热Q，内能变化U，则有：Q=U+A 能量守恒方程2.Q、A 正负的约定 Q 0 系统吸热 Q 0 系统放热 A0 系统作正功
3、 A 0 外界作正功3.准静态过程dQ=dU+dA=dU+pdV21dVVVpUQ3.2 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 讨论热力学过程中系统的状态参量 p、V、T 与A、Q、U 的关系。热力学第一定律：AUQ理想气体状态方程：RTpVn理想气体内能：RTiUn2一.等体过程Vpo1T2T211.过程方程：常数TpVpo1T2T212.A、U、Q的计算 dV=0 A=0)(21212TTRiUUUnUQ)(212TTRin3.摩尔定体热容CVVVTQC)dd(Ri2？i653iii多原子分子：双原子分子：单原子分子：）（12TTCUVn对其它过程是否成立？二.等压
4、过程V1V2V1T2TpO121.过程方程：恒量TV2.A、U、Q的计算21dVVVpA)(12VVp)(12TTRnU=n CV(T2-T1)Q=A+U=n(R+CV)(T2-T1)3.摩尔定压热容CpppTQC)dd(RiCRV22三.等温过程V1V2V1p2ppO121.过程方程：恒量pV2.A、U、Q的计算21dVVVpA21dVVVVvRT12lnVVRTn T=0 U=0Q=A=vRT ln(V2/V1)等温过程的摩尔热容为多少？四.绝热过程1.A、U、Q的计算 Q=0 Q=A+U A=-U=-vCV(T2 -T1)2.过程方程推导 dA=pdV=-dU=-vCVdT pdV=-v
5、CVdT (1)由 d(pV)=d(vRT)得：pdV+Vdp=vRdT (2)联立(1)、(2)消去vdT得：(CV+R)pdV=-CVVdp 即：CppdV+CVVdp=0整理得：0pdpVdVCCVp泊松比令：VpCC则有：0ddppVVCpVlnln(3)3.绝热方程由(3)式可得：常数pVRTpVn再由：可得：常数1TV常数Tp1VpO绝热等温在pV图上绝热线为什么比等温线要陡一些？过程 特征过程方程U系统作功A 吸热Q等体 dV=00等压 dp=0等温 dT=00绝热 dQ=00CTpCTVCpV CpVCTp11CTV)(12TTCMV)(12TTCMV)(12TTCMV)(12
6、TTCMV)(12VVp)(12TTRM12lnVVRTM21lnppRTM)(12TTCMV)(12TTCMp12lnVVRTM21lnppRTM 例 1 系统由图中的a态沿abc到达c态，吸收了350J的热量，同时对外作功126J。(1)沿adc进行，系统做功42J，求吸热Q。(2)由c态沿ca返回a态,外界对系统做功84J，问系统是吸热还是放热？求Q。解：abc过程Uc-Ua=Qabc-Aabc=350-126=224Jadc过程Qadc=(Uc-Ua)+Aadc=224+42=266Jca过程Qca=(Ua-Uc)+Aca=-224-84=-308J 例 2 0.02kg的氦气，温度由17 升到27 ，若升温过程中；(1)体积不变；(2)压强不变；(3)不与外界交换热量。分别求出气体内能的改变，吸收的热量，对外界所作的功。(视氦气为理想气体)解：(1)dV=0 A=0)(12TTCMUQVVJ25.623J)1727(31.823004.0020.0(2)dp=0J25.623)(12TTCMUV等温绝热VpO(1)(2)(3)(12TTRMAJ25.415J)1727(31.8004.0020.0AUQpJ75.1038J)25.41525.623(3)Q=0A=-U=-623.25J等温绝热VpO(1)(2)(3)作业作业：p67 3.5、3.10
