2019大学物理教学资料 2-第二章 热力学第一定律-级-复习.ppt

第二章热力学第一定律2.1 热力学的理论基础与方法1.热力学的理论基础热力学涉及由热所产生的力学作用的领域，是研究热、功及其相互转换关系的一门自然科学。

热力学的根据是三件事实：①不能制成永动机。

②不能使一个自然发生的过程完全复原。

③不能达到绝对零度。

热力学的理论基础是热力学第一、第二、第三定律。

这两个定律是人们生活实践、生产实践和科学实验的经验总结。

它们既不涉及物质的微观结构，也不能用数学加以推导和证明。

但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。

而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。

不过这都是指的在统计意义上的精确性和可靠性。

热力学第一定律是有关能量守恒的规律，即能量既不能创造，亦不能消灭，仅能由一种形式转化为另一种形式，它是定量研究各种形式能量(热、功—机械功、电功、表面功等)相互转化的理论基础。

热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。

利用热力学第三定律来确定规定熵的数值，再结合其他热力学数据从而解决有关化学平衡的计算问题。

2．热力学的研究方法热力学方法是：从热力学第一和第二定律出发，通过总结、提高、归纳，引出或定义出热力学能U，焓H,熵S,亥姆霍茨函数A,吉布斯函数G；再加上可由实验直接测定的p,V,T等共八个最基本的热力学函数。

再应用演绎法，经过逻辑推理，导出一系列的热力学公式或结论。

进而用以解决物质的p,V,T变化、相变化和化学变化等过程的能量效应(功与热)及过程的方向与限度，即平衡问题。

这一方法也叫状态函数法。

热力学方法的特点是：(i)只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；(ii)只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。

因此，热力学方法属于宏观方法。

2.2 热力学的基本概念1.系统与环境系统：作为某热力学问题研究对象的部分；环境：与系统相关的周围部分；按系统与环境交换内容分为：（1）敞开系统(open system) ：体系与环境间既有物质交换又有能量交换的体系。

热力学第一定律热量和功的关系热力学是研究热现象和与之相关的物理性质和过程的学科。

它的基本定律之一就是热力学第一定律，它描述了热量和功之间的关系。

本文将深入探讨热力学第一定律中热量和功之间的关系，以及相关的物理原理和数学公式。

1. 热力学第一定律简介热力学第一定律是热力学中的基本定律之一，也被称为能量守恒定律。

它表明在一个封闭系统内，系统的内能变化等于系统所吸收的热量与所做的功的代数和。

换句话说，这个定律说明了能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2. 热量的定义和计量热量是由于温度差引起的能量传递，是热力学研究的重要概念之一。

热量的单位是焦耳（J）或卡路里（cal），其中1焦耳等于4.18卡路里。

热量的计量通常使用热量计来进行，热量计利用物质在吸热或放热过程中温度的变化来测量热量的大小。

3. 功的定义和计量功是由于力对物体作用而引起的能量转化，也是热力学中的重要概念。

功的单位同样是焦耳（J）或卡路里（cal）。

计量功的方法有多种，常见的方法是通过力的大小和物体在力作用下移动的距离来计算。

功也可以是负值，负功表示物体对外界做功。

4. 热力学第一定律的数学表达式热力学第一定律可以用数学表达式来表示。

对于一个封闭系统，其内能变化ΔU等于系统所吸收的热量Q与所做的功W的和，即ΔU = Q - W。

其中ΔU表示内能变化，Q表示系统所吸收的热量，W表示系统所做的功。

5. 热量和功的正负关系根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功的正负关系决定着内能变化的正负。

当系统吸收热量时，Q为正，表示热量进入系统，此时内能增加。

而当系统释放热量时，Q为负，表示热量流出系统，此时内能减少。

同样地，当系统做功时，W为正，表示系统对外界做正功，内能减少；而当外界对系统做功时，W为负，表示系统对外界做负功，内能增加。

6. 热量和功的相互转化根据热力学第一定律的表达式ΔU = Q - W，热量和功可以互相转化。