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热力学第一定律及其应用
§2.1 功
功的表达式
无摩擦的准静态过程中流体的体积变化功
A
pe
x
dx
p
p1
p2
0
V1
V2
V
V
V+dV
外界对气体所作的元功：
所作的总功：
气体对外界所作的功为：
二. 功的图示
等温
p
p1
p2
V1
V2
V
A
B
C
D
0
三种过程所作的功不同，说明功与变化路径有关，它是过程量,不是状态量.故无限小过程中的元功不是态函数的全微分.
理想气体在几种准静态过程中功的计算
① 等温过程：
② 等压过程：
③ 等体过程：
三. 广义功
1, 表面张力功
表面张力是作用于液体表面使液体具有收缩倾向的一种力。
表面张力系数(σ): 单位长度上所受到的表面张力
外界对液膜做功:
2, 电介质的极化功
电介质
+ + + + + + + + +
- - - - - - - - -
+
充电过程中外界做功:
L
x
dx
F
A
3, 磁介质的磁化功
改变电流,dt时间内外界电源
克服感应电动势做功为:
4,一般情况下，准静态中外界对系统做功:
广义坐标y (广延量) v A p=VP m=VM
广义力Y (强度量） -p σ E μ0H
§2.2 热量
一, 热的本质是什么
当系统与外界之间存在温差而相互热接触后，系统将通过从外界吸热或向外界放热的传热方式改变状态。
19世纪以前: 热质说的流行
1798年: 英国的伦福德伯爵首先对热质说产生怀疑。
1840年－1879年:焦耳进行大量实验，彻底否定热质说
热量不是传递的“热质”，而是传递着的能量，即热量同功相似，是能量传递和转换的另一种方式和量度．
作机械功改变系统状态的焦耳实验
区别：热量实质上是高温物体传递给低温物体的热运动能量；作功的方式向系统转移能量，实质上是分子有规则运动的能量向分子无规则运动能量的转化和传递．所以功与热量是两种本质不同的能量转移方式．
三，热容 比热容 摩尔热容
在一定过程中，物体的温度升高1K时所吸收的热量称为该物体在该过程中的热容。
热容是广延量
相似处：都是能量传递与转换的方式与量度，都是与过程相关的量，不是态函数．
二，热量与功的比较
无限小元过程中系统从外界吸收的微小热量dQ不是状态参量的全微分
定容热容定义为：
定压热容定义为：
系统在某一过程中当温度由　变到 　时吸收的热量：
温度变化范围不大，比热容c可视为常数：
l mol物质在某一过程中温度升高1K所吸收的热量称为
摩尔热容。
单位质量物质的热容称为该物质的比热容，简称比热。
[解] 小房间与大气相通，故室内保持大气压强，即室内压强 p=l atm，而室内空间体积V=2.6×10m3 =26m3保持不变．由状态方程可知，室内空气的质量M与温度T的乘积为常数，即MT=C。,室内温度从0℃升至20℃空气需吸热(即需消耗电能)为:
代入相关数据，可以得到Q=
例: 一高2．6m面积为10m2的小房间有小泄气孔与室外大气相通，并设小房间近似与外界绝热，标准状态下空气密度ρ=0.00129g／cm3，空气的定压比热近似视为常数CP =0.238cal／(gK)。若使用电加热方式使房间温度从0℃升至20℃需要消耗多少电能量
§2.3 内能与热力学第一定律
一、内能
系统与外界不再进行热量交换，这样的系统称为绝热系统．绝热系统内发生的过程称为绝热过程．
大量实验证明:各种绝热过程中对系统所作的功完全由系统的初态和终态所决定，与作功的方式和过程无关．
可仿保守力作功与路径无关而引出保守力场的势能概念，引出一个态函数物理量——内能U :
内能函数中还可以有一个任意的相加常数
内能是广延量
二、热力学第一定律
非绝热过程:
热量的定义
热力学第一定律的表达式
都是可正可负的量
可把热力学系统看作是一个(内)能库，它储存的能量(内能)随着作功和传热两种方式的输入或输出而变化
无限小的元过程:
任意循环过程:
第一类永动机是不可能造成的
§2.4 热力学第一定律的应用
一 热容量与焓
p-V系统:
定容热容量:
Cv一般是T、V的函数
定压热容量:
定义焓: H = U + pV
焓是广延量,也是态函数．
Cp是T、p的函数
地球上物体一般处在恒定的大气压下，所以很多物态变化和化学反应是在定压条件下进行，且定压条件较易实现，故H和Cp比U和Cv更有实用价值．
简单固体与液体的物态方程：
对固体和液体， 、 非常小，并假定为常数，
将上式积分并作级数展开，取近似，得到:
令p=0时的体积为V0，温度为T0，求出积分常数C

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