热力学基础2.doc

第六章 热力学基础 沈阳工业大学 郭连权（教授）第六章 热力学基础6-1 内能 功 热量一、内能内能：物体中所有分子无规则运动动能+势能（分子振动势能、相互作用势能）。内能 真实气体： （中有2个独立）理想气体： 说明：是状态的单值函数，由（）决定（中只有2个独立变量），为态函数，其增量仅与始末二状态有关，而与过程无关。理想气体，是温度的单值增加函数。二、功与热量的等效性焦耳曾经用实验证明：如用做功和传热的方式使系统温度升高相同时，所传递的热量和所做的功总有一定的比例关系，即1卡热量=4.18焦耳的功可见，功与热量具有等效性。由力学知道。对系统做功，就是向系统传递能量，做功既然与传热等效，则向系统传热也意味着向系统传递能量。结论：传递能量的两种方式 做功 传热说明：做功与传热虽然有等效的一面，但本质上有着区别。区别 做功：通过物体作宏观位移完成。作用是机械运动与系统内分子无规则运动之间的转换。从而改变内能。传热：通过分子间相互作用完成。作用是外界分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换。从而改变了内能。6-2 热力学第一定律一、热力学第一定律一般情况下，当系统状态发生变化时，作功和传热往往是同时存在的。设有一系统，外界对它传热为，使系统内能由，同时。系统对外界又作功为，那么用数学式表示上述过程，有： (6-1)上式即为热力学第一定律的数学表达式，它表明：系统吸收的热量，一部分用来增加内能，一部分用来对外作功。对微小过程： (6-2)说明：热力学第一定律就是能量转化与守恒定律，它是自然界中的一个普遍规律。它也可表述为“第一种永动机是不可能制造成功的。”系统状态变化过程中，功与热之间的转换不可能是直接的，总是通过物质系统来完成。向系统传递热量，使系统内能增加，再由系统内能减少来对外作功；或者外界对系统作功，使系统内能增加，再由内能减少，系统向外界传递能量：功热量热力学第一定律对各种形态的物质系统都适用。只要求初始二态为平衡态，而中间过程可是平衡过程，也可以是非平衡过程。的符号意义： 0系统对外界作功；0系统吸热；0系统内能增加；0系统对外界作功”；对有限过程： ；可逆过程取“=”号，不可逆过程取“”。2、一些结论a)绝热可逆过程中熵不变b)绝热不可逆过程中熵增加，此结论称为熵增加原理。考虑问题时，适选系统，使系统为绝热情况，系统内发生的情况由熵增加原理知，应该向着熵增加方向进行，可见，熵增加原理可判断不可逆过程进行方向。说明：熵增加原理是热力学第二定律的数学表述。熵的物理本质（即从微观角度来看熵的统计意义）：在分子的无序运动中，在几率大的时候比在几率小的时候更强烈，所以，熵也可以说成是大量分子无序度的量度。例6-12：计算理想气体经可逆过程由状态过程的熵增加。解：对于可逆过程，有：例6-13：理想气体自由膨胀（绝热），体积由变为，试求此过程中的熵变。解：在此过程中，系统与外界绝热，系统对外界又不作功，即，绝热自由膨胀中温度不变。此过程为不可逆过程，但是只要膨胀的初始与终了二状态都为平衡态，则他们就对应一定的熵值，为态函数。为了求出不可逆过程中的熵变，总可以适选一个连接始末二状态（平衡态）的可逆过程，使得利用可逆过程终的熵变公式来求出B、A二态熵差。此题中，选用一个等温可逆过程连接始末二态。