热力学第一定律§21改变内能的两种方式热力学第一定律211作功和传热作功可以改变物体的内能如果外界对系统作功W作功前后系统的内能分别为E1E2则有
E2E1W
没有作功而使系统内能改变的过程称为热传递或称传热它是物体之间存在温度差而发生的转移内能的过程在热传递中被转移的内能数量称为热量用Q表示传递的热量与内能变化的关系是
E2E1Q
做功和传热都能改变系统的内能但两者存在实质的差别作功总是和一定宏观位移或定向运动相联系是分子有规则运动能量向分子无规则运动能量的转化和传递传热则是基于温度差而引起的分子无规则运动能量从高温物体向低温物体的传递过程212气体体积功的计算1准静态过程一个热力学系统的状态发生变化时要经历一个过程当系统由某一平衡态开始变化状态的变化必然要破坏平衡在过程进行中的任一间状态系统一定不处于平衡态如当推动活塞压缩气缸中的气体时气体的体积温度压强均要Ah发生变化在压缩气体过程中的任一时刻气缸中的气体各部分的压强和温度并不相同在靠近活塞的气体压强要大一些温度要高一些在热力学中Bh为了能利用系统处于平衡态的性质来研究过程的规律我们引进准静态过程图211的概念如果在过程进行中的任一时刻系统的状态发生的实际过程非常缓慢地进行时各时刻的状态也就非常接近平衡态过程就成了准静态过程因此准静态过程就是实际过程非常缓慢进行时的极限情况对于一定质量的气体其准静态过程可用pV图pT图vT图上的一条曲线来表示注意只有准静态过程才能这样表示2功在热力学中一般不考虑整体的机械运动热力学系统状态的变化总是通过做功或热传递或两者兼施并用而完成的在力学中功定义为力与位移这两个矢量的标积在热力学中功的概念要广泛得多除机械功外主要的有流体体积变化所作的功表面张力的功电流的功1机械功有些热力学问题中应考虑流体的重力做功如图211所示PS一直立的高2h的封闭圆筒被一水平隔板C分成体积皆为V的两部分其中都充有气体A的密度ρA较小B的密度ρB较大现将隔板抽走使AB气体均匀混合后重力对气体做的总功为
x图212
f高中物理竞赛热学教程第二讲热力学第一定律
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2流体体积变化所做的功我们以气体膨胀为例设有一气缸其中气体的压强为P活塞的面积S图212当活塞缓慢移动一微小距离x时在这一微小的变化过程中认为压强P处处均匀而且不变因此是个r