ampamp167 1-2 热力学第一定律

1、重点难点：1.理解第一类永动机是不可能制成的原因 2理解、应用热力学第一定律和能量守恒定律,课前自主学案,一、能量守恒定律的发现 1能量形式与能量转化 (1)各种能量：自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量如机械运动对应_；分子热运动对应_；电磁运动对应_ (2)各种能量之间可以互相转化：不同形式的能量之间可以相互转化摩擦可以将_转化为内能；炽热电灯发光可以将_转化为光能,机械能,内能,电磁能,机械能,电能,2能量守恒定律发现的历史背景 (1)蒸汽技术的发展：18世纪80年代，蒸汽机的发展和使用，证明了_可以转化为_、推动了热力学理论的发展 (2)各种基本运动形式之间普遍联系性的发现 17世纪中叶：物理学家提出“运动量” _的思想 18世纪未到19世纪初：各种自然现象之间的普遍联系被发现， _的概念被引入,内能,机械能,守恒,能,(3)永动机研制的失败 概念：一种不消耗能量却可源源不断_的机器叫永动机，并称为。

2、 达标过关,自主预习 预习新知 夯实基础,自主预习,一、能量守恒定律的发现,1.常见的能量形式 自然界中能量形式很多，常见的能量形式有：机械能、 、核能及太阳能等.各种形式的能在一定条件下，可以相互 ，且转化过程中遵循一定规律. 2.能量守恒定律的内容 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式 为另一种形式，或者从一个物体 到另一个物体，在转化或转移的过程中其不变.,内能,转化,转化,转移,总量,3.第一类永动机 (1)定义：不需要任何动力和 ，却能不断地对外 的机器. (2)不可能制成的原因：违背了 .,燃料,做功,能量守恒定律,1.改变物体内能的两种方式： 和 . 2.做功其他形式的能与 之间的 . 外界对物体做功，物体的内能 . 物体对外界做功，物体的内能 . 3.热传递不同物体之间或同一物体不同部分之间 的 . 物体吸收热量，内能 . 物体放出热量，内能 . 4.做功和热传递对物体内能的改变是 的，但本质不同.,二、改变物体内能。

3、4.准静态过程,系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。
,热力学过程：,1,2,准静态过程,系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。
,说明,(1) 准静态过程是一个理想过程；,(3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示, 如图.,(2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；,O,V,p,举例1：外界对系统做功,实现准静态过程的方法：要求过程进行得无限缓慢，以致于过程进行的每一个中间状态都是无限接近于平衡态。
,二 功（过程量）,功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化 .,准静态过程功的计算,注意：作功与过程有关 .,宏观运动能量,热运动能量,1,2,（1）准静态过程中功的计算,(功是一个过程量),（2）.功的几何意义,（3）.公式讨论,三.热量：通过传热方式而传递能量的量度。
系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 为：,热容量Mc,摩尔热容量C=c,(1).定体摩尔热容,定体摩尔热容: 。

4、定律,2.15 绝热反应非等温反应,2.10 实际气体,2.11 热化学,2.9 Carnot 循环,2.1 热力学概论,热力学研究的基本内容,热力学的方法和局限性,热力学第一定律：发现,发现：18世纪“热质论”：热是物质中一种流体1798年：B. Thompson 于Munich 军工厂研究炮筒摩擦生热1840s：德国医生J. Mayer 发现：消化食物维持体温1840s：英国物理学家 Joule，热功当量实验证明能量转换关系 1 cal = 4.18 J,James Prescott Joule(1818-1889),热力学研究的基本内容,热力学 研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律；,热功当量,能量有各种不同的形式，可以相互转变，但能量的总值不变。
,热力学的理论基础,1850年，（Joule 1818-1889，英国人） 建立能量守恒定律（热力学第一定律）1848；1850年，Kelvin（1824-1907，英国人）；Clausius（1822-188德国人）研究热功转换问题（建立热力学第二。

5、向和限度 具有3个特点：宏观、统计、不涉及时间,2.1.1 基本概念,1. 体系和环境 体系：人为划分出来的研究对象 环境：与体系密切相关的系统以外的其它部分 举例：N2和O2混合气体，其它例子,2.1.1 基本概念,体系的分类： 1) 敞开体系(open system) 2) 孤立体系(isolated system) 3) 封闭体系(closed system, 主要讨论) 举例,2.1.1 基本概念,2状态及状态函数 状态函数：用来描述体系状态的物理量。
如温度T、压力p、体积V、热力学能U、焓H、熵S和吉布斯函数G等。
状态: 由状态函数确定的体系的存在形式 举例：理想气体的状态，可用P、V、T和 n 等状态函数描写，其函数形式就是理想气体状态方程式 PV=nRT,2.1.1 基本概念,状态函数的3个特点： 1)状态一定值一定：当状态函数确定时，系统即处在一定的状态；反之当系统状态一定时，系统的所有性质(状态函数)也都有确定值。
举例：100 kPa，273 K下，1 mol的H2,2.1.1 基本概念,2)殊途同归变化等：如果状态发生变化，只要终态和始态一定，那么状态函数的变化。

6、第五章 热力学基础,前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计平均的方法，讨论了大量气体分子热运动的规律。
,本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变化时，热、功和内能的变化规律。
,热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一个状态 ,称为热力学过程。
,过程进行的任一时刻，系统的状态并非平衡态。
,平衡态1,一系列非平衡态,平衡态2,一、准静态过程,准静态过程：系统的每一个状态都无限接近于平衡态的过程。

7、动的动能愈大，工质的温度愈高，即工质的内动能是温度 T 的单值函数；,工质的比热力学能,内势能 分子之间由于相互作用力而具有的能量。
工质的内势能与工质的比体积有关，是比体积 v 的函数。
理想气体由于不存在内聚力，故内势能为零。
工质的内能，决定于工质的热力学温度和比体积，即：u = f (T, v)。
这表明：工质内能的大小完全取决于它所处的热力学状态。
理想气体的内能，是温度的单值函数。
,闭口系的热力学第一定律解析式,热力学第一定律解析式：q=u + w上式表明：加给工质的热量，一部分用来改变工质的内能，另一部分则用来使工质膨胀而对外作功。
注：该式仅适用于闭口系。
,开口系的热力学第一定律解析式（稳定流动能量方程式）,在常见的热力设备中，如电厂锅炉、汽轮机、给水泵等，工质的流动接近稳定流动。
就是说工质的流动情况不随时间而变化。
实现稳定流动的必要条件，即 （1）进、出口截面的参数不随时间变化。
（2）系统与外界进行功和热的交换不随时间变化。
（3）系统与外界进行物质交换不随时间改变，且进口质量流量与出口的质量流量相等。
,概括性热力设备示意图,在进口截面1-1处加入系统的总能量为,。