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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E
E?E?P,V? ??真实气体： E?E?V,T?
? E??T,P? （T,P,V中有2个独立） ??理想气体： E?E?T??MiRT?iPV
?22??说明：⑴E是状态的单值函数，由（T,P,V）决定（T,P,V中只有2个独立变量），
?E为态函数，其增量仅与始末二状态有关，而与过程无关。 ⑵理想气体，E?E?T?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。
第六章 热力学基础 沈阳工业大学 郭连权（教授）
§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Q，使系统内能由E1?E2，同时。系统对外界又作功为W，那么用数学式表示上述过程，有：
Q??E2?E1??W (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： dQ?dE?dW (6-2) 说明：⑴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。”
⑵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：
内能功????热量
⑶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。
⑷W、Q、?E的符号意义：
W >0系统对外界作功；
<0外界对系统作正功；
Q >0系统吸热；
<0系统放热；
?E >0系统内能增加；
<0系统内能减少。
二、气体的功
如图6-1所示，气体在汽缸中，压强为P，活塞面积S，活塞移动dl时，气体经历的微小变化过程，P视为处处均匀，且不变，气体对外（活塞）作功为
dW?Fdl?PSdl?PdV（气体体积增量）=阴影面积
从a?b：
W??dW??PdV=曲线下面积
v1v2第六章 热力学基础 沈阳工业大学 郭连权（教授）
W??PdV (6-3)
v1v2结论：⑴不仅与始末二状态有关，且还与过程有关。（如图6-2中，实线与虚线过
程从a?b中的功不同，这由曲线下面积比较可知）∴功为过程量。 ⑵由Q??E2?E1??W知
Q??E2?E1???PdV
v1v2∵W是过程量∴Q也是过程量 说明：dW?PdV∵P?0
∴dV >0?dW?0系统对外界作功
<0?dW?0外界对系统作功
在上图知：a?b时：W?0系统对外界作功;b?a 时：W?0 外界对系统作功.
§6-3 热力学第一定律在理想气体的等值过程中的应用
热力学第一定律是一条普遍的自然规律，应用很广泛。本节仅讨论理想气体在等容、等温及等压过程中的应用。 一、等容过程
设一汽缸，活塞固定不动，有一系列温差微小的热源T1,T2,T3,???(T1?T2?T3???)汽缸与他们依次接触，则使气体温度上升，P也上升，但V保持常数，这样的准静态过程，称为等容过程，P?V图上的线称为等容线。
等容过程： ⑴特点：dV?0 ⑵功：W??PdV?0
v1v2⑶热力学第一定律：dQv?dE（微小过程）
Mi（6-4） Qv?E2?E1?R(T2?T1)（有限过程）?2结论：等容过程中，外界传给气体的热量，
全部用来增加气体内能。气体对外 作功=0 。 二、等温过程
设一汽缸，活塞上放置沙粒，汽缸与恒温热