第七章 热力学基础
§7-1 热力学第一定律
【基本内容】
一、热力学系统与热力学过程
热力学系统分类：
孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统。
封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统。 开放系统：与外界即有物质交换又有能量交换的系统。
准静态过程（平衡过程）：在热力学过程中的所有中间状态都无限接近于平衡态的过程。实际过程中，
进行得无限缓慢的过程，可视为准静态过程；反之，若过程进行较快，则视为非准静态过程。
二、热量、内能、功
1、热能和热量
热能：是系统内分子无规则运动的总动能，是状态量。 热量Q：是热能的改变量，是过程量。
规定：Q>0表示系统从外界吸收热量。Q?0表示系统向外界放出热量。 3、功
W??PdV
V1V2
功是过程量，在P—V图下的意义：W?VPdV?P—V图中，相应过程曲线下的面积。
?V14、系统状态变化的原因
作功：是通过物体的宏观位移完成的，宏观有序能量→微观无序能量。 传热：是通过分子之间的相互完成的，微观无序能量→微观无序能量。
三、热力学第一定律
表述一、系统从外吸收的热量等于系统内能的增量与系统对外作功之和。
Q?E2?E1?W dQ?dE?dW２ 表述二、第一类永动机是不可能制成的。
第一类永动机是不消耗任何形式的能量（Q=0），而能循环地（ΔE=0）对外作功（W>0）的机器。
四、热容量
1、热容量
热容量C的定义：一个系统所吸收的热量与温升的比值，称为该系统的热容量。
C/?dQ 单位：J/K
dT/
（1）比热：若系统的质量为单位质量，则称系统的热量为比热容，简称比热。
c?1dQ MdT单位：J/Kg.K，显然：C/?Mc
（2）摩尔热容量：若系统的质量为一摩尔，则称系统的热量为摩尔热容量
C?1dQ ?dT。
单位：J/mol.K，显然：C/??C 2、理想气体的定容、定压摩尔热容 （1）定容摩尔热容量
定义：CV?1(dQ)V，对理想气体：CV?iR
?dT2（2）定压摩尔热量
定义：CP?1(dQ)P，对理想气体：CP?CV?R ?dT（3）比热比：??CP?2?i
CVi3、几个重要公式：
(dQ)V??CVdT (dQ)P??CPdTdE??CVdTf(v)PPP五、理想气体在各种过程中所作的功 1、 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 0vPvv+dvv氮气0 0 度（1）等容过程 0(a)v0(b)v0(c)v如图13.2（a），P—V图：平行于P轴的直线：
图13.1图13.2２ 第七章 热力学基础 ３
W?0,?E??CV?T,(Q)P??E
（2）等压过程
如图13.2（b）, P—V图：平行于V轴的直线。
W?R(T2?T1),E??CV(T2?T1),(Q)V??CP(T2?T1)
（3）等温过程
如图13.2（c），P—V图：双曲线。
W??RTlnP1,?E?0,Q?W P22、绝热过程
绝热过程：是系统与外界无热能交换的过程。 （1）准静态绝热过程
过程方程：PV??C1,V??1T?C2,P??1T?C3 P—V图：形状与等温线相似。但比等温线陡。 （2）绝热自由膨胀过程
绝热自由膨胀过程是非准静态过程。
结论：理想气体向真空绝热自由膨胀后，温度和内能不变，压强降低。
六、循环过程
1、循环过程 （1）循环
一个系统经历一系列变化后，又回到初始状态的整个过程，叫循环过程。一个循环由多个过程组成，组成循的各个过程叫分过程。循环的物质系统叫工作物质，简称工质。 （2）循环的特点
工质可以作功、传热、完成一个循环后内能不变。 2、 正循环及其效率
（1）正循环：在P—V图中，沿顺时针方向进行的循环，系统对外作正功。 （2）正循环的效率
??Q?Q2QW?1?1?2 Q1Q1Q1W：表示循环过程中，系统对外所作的净功；Q1：表示循环过程中，系统所吸收的热量；Q2：表示循环过程中，系统所放出的热量。 3、 逆循环及其致冷系数
（1）逆循环：在P—V图中，循过程沿逆时针方向进行，系统对外作负功。 （2）致冷系数：
??4、 卡诺循环
Q2Q2 ?W|Q2?Q1|