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系统的弛豫时间外界变化所需的时间,4-1 可逆过程与不可逆过程,第四章热力学第一定律,一、准静态过程,-过程进行得足够缓慢以至于系统连续经历一系列平衡态,系统的弛豫时间外界变化所需的时间,准静态过程是理想的状态变化过程,系统的弛豫时间外界变化所需的时间,二、可逆过程与不可逆过程,若一个过程发生后可以沿原过程反向进行，并使系统和外界都再回到它们的初态，则该过程称为可逆过程,1、过程可逆的条件,无耗散的准静态过程是可逆过程,系统内各部以及系统与外界之间同时满足热力学平衡条件,所有与热有关的自发过程都是不可逆的,无耗散,准静态,2、过程不可逆的诸情形,a、功热转换不可逆,功可以自动地转变为热，热不能自动地转变为功,b、热传导不可逆,热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆的,-存在耗散,-不满足热学平衡条件,c、气体自由膨胀不可逆,-不满足力学平衡条件,d、扩散、溶解以及自发的化学反应不可逆,-不满足化学平衡条件,e、一切生命过程不可逆,-时间箭头是确定的,参阅p227,4-2 功和热量,一、功是力学作用下的能量转移,如果系统状态的变化起因于力学平衡被破坏，则称系统与外界存在力学作用,1、功不是状态参量，与具体过程有关,说明：,2、热学中，计算系统对外做功一般局限于准静态过程,力学作用,二、体积膨胀功,设有一汽缸,外界对系统做功：,系统对外界做功：,其活塞在外界作用下无摩擦准静态地从x+dx移动到x处,记作,有限的可逆过程，系统对外界做功：,理想气体在几种可逆过程中功的计算：,1、等温过程,三、热量是热学作用下的能量转移,若系统状态的变化起因于热学平衡被破坏，则称系统与外界存在热学作用,能量从高温物体传递给低温物体,热学作用,2、等压过程,3、等体过程,热转化为功是有条件的、且转化效率有限,说明：,2、功和热量都是与系统状态变化过程有关的不同的能量传递方式和能量转换的量度,1、功、热量来自不同的相互作用,3、功可以自发地、无条件地全部转化为热；,功、热都不是系统状态的函数,1卡=4.186J,4-3 热力学第一定律,E表示内能,Q表示热量,A表示功,对于无限小的元过程：,dE表示系统内能的增量,吸热,放热,一、热力学第一定律的的数学描述,无限小准静态元过程：,二、热容(量),1、定义热容：,C是广延量，与系统的物理性质有关,摩尔热容Cm(强度量)，,比热容c(强度量),、m分别是系统的摩尔数和质量,物体吸热后的温度变化取决于物体经历的具体过程以及物体自身的性质,不同的物理过程，热容不同。,常用的有等体热容和等压热容：,2、等体热容与内能,等体过程：,等体热容：,等体比热容：,等体摩尔热容：,等体热容：,理想气体：,考虑能量均分定理,3、等压热容,设过程准静态,理想气体：,L.R.Meyer公式,定义比热比：,CP、CV以及的实验值和气体温度也有关系,讨论：,1、理想气体：CP CV,2、固体物质：CP CV,3、实验及工程技术中，等压热容比等体热容有更重要的实用价值,4、CP、CV以及的实验值与理论值有差异，这种差异随着气体分子所含原子数的增加而愈加明显；,对于一定的理想气体，在很宽的温度范围内近似为常数；,常温下：,单原子分子1.67,双原子分子1.40,多原子分子1.33,4-4 热力学第一定律对理想气体热力学过程的应用,理想气体：,热力学第一定律的数学形式：,一、等体过程,等体过程：气体内能的变化等于气体与外界交换的热量,等体吸热过程,深海底部活着的生物，在较高压强的等压下进行其生命过程,研究表明：在宇宙星际云的局部区域，压强可以认为是不变的,