2023-2024学年高二下学期物理竞赛课件：热力学第一定律

热力学第一定律 热力学第一定律 III，内能改变量 (Q为系统自外界吸热），根据能 量转化和守恒定律: 若有 ， 则 确定内能的改变量 热量Q和功A三者间的数量关系 在工程上，常用热机对外界做功，设系统对外界做功为A，则A’=-A （3）Q 、A、 E 是标量, 但是有正负, 规定： 系统从外界吸收热量,Q>0，放热Q<0。 系统对外作正功，A>0，外界对系统作正功,A<0。 系统内能增加，E>0，系统内能减少,E<0 (4)热一律的另一种表述形式是：第一类永动机是不可能实现的。 第一类永动机：不需要任何燃料或动力而能永无止境的对外作功的机器。 （5）热一律适用于任何系统任何过程。 （6）Q 、A、 E三者应用同一单位（卡或焦耳） V（l） P（105Pa） a 1.0 20 b 5.0 60 例题：一定量的气体由a态经过曲线变化到b态，气体吸热8.5×104J，对外作功1.5×104J。若气体由直线返回a态，气体吸热多少？ 解： 始末状态相同， 相同变化过程不同，Q、A不同 a—b： b—a： Q= 8.5×104J A= 1.5×104J （△E）ab= Q A= 7.0×104J （△E）ba = －（△E）ab= －7.0×104J b—a： V（l） P（105Pa） a 1.0 20 b 5.0 60 §6-2 热一律对理想气体准静态过程的应用 一、等容（体）过程 气体的摩尔定体热容 Q加热 将一定量理想气体（M，Mmol一定）放在一固定容器中加热或冷却，温度升高或降低，压强增大或减少，就是一个实际的等容过程 研究对象：闭系（质量保持不变） 求：在几个特殊过程中，功，热量，内能的变化，及热容量如何表示。 1、等容过程: P V （1）等容过程特点：V= 恒量 ， dV= 0 Vo I(P1,VO) II(P2,VO) 它的P-V图线是平行于P轴的直线 dV= 0 过程曲线下的面积为0 （2）等容过程方程： (3)气体从I->II过程中， Q 、A、 E的计算 * 作 功: A=0 编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 ①由热力学第一定律: * 内能变化： * 吸热Q： 说明：在等容过程中，系统吸收或放出的热量完全用来改变自身的内能。 物质状态不变，质量为M的物体温度改变一度所吸收或放出的热量。 2 气体摩尔定容热容 热平衡方程式： M:物体质量 c叫物质的比热 为温度增量 比热的定义： 物质状态不变，单位质量的物体温度改变一度所吸收或放出的热量。 热容的定义：C=Mc 热容与具体的过程有关 （1）定义：1mol气体在容积不变时，温度改变一度所吸收或放出的热量叫气体定容摩尔热容 用Cv表示 （2）Cv=？ dV= 0 由热一律: 由CV的定义式： 对于1mol理想气体： 上式表明，CV是一个与温度无关，只取决于分子自由度i（i由气体性质决定）的物理量，不同气体，CV不同 所以理想气体内能变化的表达式： 普遍适用，与过程无关。 等容过程系统的吸收的热量： 等容过程系统内能的变化： 等容过程系统作功： 结论： * 内能变化： 由热力学第一定律: * 吸热Q： 直观上看，绝热线比等温线陡峭 热力学定律绝热线 P V 绝热 等温 根据PV=C作出等温线 根据 作出绝热线 等温线与绝热线形状相似但两者有区别。 数学上看，两者的斜率不同，绝热线斜率大 A 两线交点A处的斜率为： P V A 绝热方程： 化简： 等温方程： 结论：绝热线在A点的斜率的绝对值大于等温线在A点的斜率的绝对值。 绝热 等温 即：绝热线比等温线陡峭. 例 有8×10-3kg氧气，体积为0.41×10-3m3 ，温度为27℃。如氧气作绝热膨胀，膨胀后的体积为4.1×10-3m3 ，问气体作多少功？如作等温膨胀，膨胀后的体积也为4.1×10-3m3 ，问气体作多少功？ 解 绝热方程： 例 D P V V1 V2 A B C 问等压，等温，绝热三个过程中： （1）比较各过程作功大小？ （2）比较各过程内能变化大小？ （3）比较各过程吸热大小？ （1） 解 （2）等压过程 等温过程 绝热过程 （3） 例 哪个过程的Q、E、A均为负值。 （A）等容降压 （B）等温膨胀 （C）绝热膨胀 （D）等压压缩 （ ） D 例 以下状态方程的微分式各表示什么过程？ 等压过程（dP=0） 等容过程（dV=0） 等温过程（dT=0） V P a b T c V P d e 绝热 f 已知ab是等温线，de是绝热线,如图所示，判断acb、dfe过程是吸热还是放热? 例题: 图示为一定量的理想气体状态 1 → 2 状态的过程曲线.试