3热力学第一定律
第二章热力学第一定律
第二章热力学第一定律 思考题 1设有一电炉丝浸于水中，接上电源，通过电流一段时间。如果按下列几种情况作为系统，试问 A U ， Q，W为正为负还是为零？ (1) 以电炉丝为系统； (2 )以电炉丝和水为系统； (3)以电炉丝、水、电源及其它一切有影响的部分为系统。 2设有一装置如图所示，(1)将隔板抽去以后，以空气为系统时，AJ, Q, W为正为负还是为零？(2) 如右方小室亦有空气，不过压力较左方小，将隔板抽去以后，以所有空气为系统时，A U, Q , W为正为负还是为零？ 作业题 1 (1)如果一系统从环境接受了160J的功，内能增加了200J，试问系统将吸收或是放出多少热？(2)一系统在膨胀过程中，对环境做了10 540J的功，同时吸收了27 110J的热，试问系统的内能变化为若干？ [答案：⑴吸收40J; (2) 16 570J] 2在一礼堂中有950人在开会，每个人平均每小时向周围散发出4. 2xl05J的热量，如果以礼堂中的 空气和椅子等为系统，则在开会时的开始20分钟内系统内能增加了多少？如果以礼堂中的空气、人和其它所有的东西为系统，则其AU = ? [答案:1.3 M08J;0] 3 一蓄电池其端电压为12V,在输出电流为10A下工作2小时，这时蓄电池的内能减少了 1 265 000J,试求算此过程中蓄电池将吸收还是放岀多少热？ [答案：放热401000J] 4体积为4.10dm3的理想气体作定温膨胀，其压力从106Pa降低到105Pa计算此过程所能作出的最大 功为若干？ [答案：9441J] 5在25C下，将50gN2作定温可逆压缩，从105Pa压级到2X106Pa，试计算此过程的功。如果被压缩了的气体反抗恒定外压105Pa作定温膨胀到原来的状态，问此膨胀过程的功又为若干？ [答案：-.33 X04J; 4.20 X03J] 6计算1mol理想气体在下列四个过程中所作的体积功。已知始态体积为25dm3终态体积为100dm3; 始态及终态温度均为100 Co (1) 向真空膨胀； (2) 在外压恒定为气体终态的压力下膨胀； (3) 先在外压恒定为体积等于50dm3时气体的平衡压力下膨胀，当膨胀到50dm3(此时温度仍为100C) 以后，再在外压等于100 dm3时气体的平衡压力下膨胀； (4) 定温可逆膨胀。 试比较这四个过程的功。比较的结果说明了什么问题？ [答案:0; 2326J; 310l J; 4299J] 习
热力学第一定律
热力学第一定律 一．选择题 1. 将CuSO4水溶液置于绝热箱中，插入两个铜电极，以蓄电池为电源进行电解，可以看作封闭体系的是 (a) 绝热箱中所有物质 (b) 两个铜电极； (c) 蓄电池和铜电极(d) CuSO4水溶液。 2.选择系统的原则是 （a）符合能量转换和守恒的规律 （b）使研究的问题得到合理的、简明的解答 （c）便于计算过程中的功和热及热力学函数的变化值 （d）便于考察环境对系统的影响 3. x为状态函数，下列表述中不正确的是 (a) d x为全微分 (b) 当状态确定，x的值确定 (c) ?x= ∫d x的积分与路经无关，只与始终态有关 (d) 当体系状态变化，x值一定变化 4. 状态函数的性质 （a）绝对值不知（b）相互独立 （c）都有偏摩尔量（d）变化值仅取决于始末态 5. 体系的状态改变了，其内能值 （a）必定改变（b）必定不变 （c）不一定改变（d）状态与内能无关 6. 封闭体系从A态膨胀为B态，可以沿两条等温途径：甲）可逆途径；乙）不可逆途径，则下列关系式 ⑴ΔU可逆> ΔU不可逆⑵∣W可逆∣> ∣W不可逆∣ ⑶Q可逆> Q不可逆⑷( Q可逆- W可逆) > ( Q不可逆- W不可逆) 正确的是 (a) (1)，(2) (b) (2)，(3) (c) (3)，(4) (d) (1)，(4) 7. 当理想气体冲入一真空绝热容器后，其温度将 (a) 升高(b) 降低 (c) 不变(d) 难以确定 8. 当热力学第一定律写成d U = δQ–p d V时，它适用于 (a).理想气体的可逆过程(b). 封闭体系的任一过程 (c). 封闭体系只做体积功过程(d). 封闭体系的定压过程 9. 对于孤立体系中发生的实际过程，下列关系中不正确的是 (a) W = 0 (b) Q = 0 (c) ΔU= 0 (d) ΔH = 0 10. 关于热平衡, 下列说法中正确的是 （a）系统处于热平衡时, 系统的温度一定等于环境的温度 （b）并不是所有热力学平衡系统都必须满足热平衡的条件 （c）若系统A与B成热平衡, B与C成热平衡, 则A与C直接接触时也一定成热平衡 （d）在等温过程中系统始终处于热平衡 11. 理想气体自由膨胀过程中 (a). W = 0，Q＞0，?U＞0，?H=0 (b). W＞0，Q=0，?U＞0，?H＞0
2热力学第一定律
热力学第一定律练习题 一、是非题，下列各题的叙述是否正确，对的画√错的画× 1、已知温度T 时反应 H 2(g) 2(g) == H 2O(g) 的?，则?即为温度为T 时H 2 (g)的?C 。（ ） 2、不同物质在它们相同的对应状态下，具有相同的压缩性，即具有相同的压缩因子Z 。 ( )。 3、d U = nC V ,m d T 这个公式对一定量的理想气体的任何p ，V ，T 过程均适用， ( ) 4、物质的量为n 的理想气体，由T 1，p 1绝热膨胀到T 2，p 2，该过程的焓变化 （ ） 5、25℃时H 2(g)的标准摩尔燃烧热等于25℃时H 2O(l)的标准摩尔生成热。（ ） 6、判断下述结论对还是不对，将答案写在其后的括号中。 ( 1 )化学反应热Q p 其大小只取决于系统始终态；( ) ( 2 )凡是化学反应的等压热必大于等容热；( ) ( 3 )理想气体等容过程的焓变为2 1,m d ()T V T H nC T V p ?=+??；( ) ( 4 )( ) 7、理想气体的热力学能和焓均只是温度的函数，而与压力或体积无关。（ ） 8、在定温定压下，CO 2由饱和液体转变为饱和蒸气，因温度不变， CO 2的内能和焓也不变。( ) 9、 25℃?f (S , 单斜) = 0 。（ ）。 10、已知温度T 时反应 H 2(g) + 2(g) == H 2O(l) 的?r ?r T 时H 2O(l)的?f 。 （ ） 11、理想气体在恒定的外压力下绝热膨胀到终态。因为是恒压，所以?H = Q ；又因为是绝热，Q = 0，故?H = 0。 ( ) 12、因为Q p = ?H ，Q V = ?U ，而焓与热力学能是状态函数，所以Q p 与Q V 也是状态函数。 ( )。 13、500 K 时H 2(g)的?f = 0 。（ ） 14、?f , 金刚石 , 298 K) = 0。（ ） 15、稳定态单质的?f (800 K) = 0 。（ ） 16、在临界点，饱和液体与饱和蒸气的摩尔体积相等。 ( ) 17、?f , 石墨 , 298 K) = 0 。（ ） 18、热力学标准状态的温度指定为25℃。（ ） 19、100℃时，1 mol H 2O(l)向真空蒸发变成1mol H 2O(g)，这个过程的热量即为H 2O( l )在100℃的摩尔汽
07热力学第一定律习题解答
07热力学第一定律习题解答
1 第七章 热力学第一定律 一 选择题 1. 图为质量一定的某理想气 体由初态a 经两过程到达末状态 c ，其中abc 为等温过程，则 （ ） A ． adc 也是一个等温过程 B ． adc 和abc 过程吸收的热量相等 C ． adc 过程和abc 过程做功相同 D ． abc 过程和adc 过程气体内能变化相同 解：热量和功均是过程量，内能是状态量。 故答案选D 。 2. 有两个相同的容器，容积不变，一个盛 有氦气，另一个盛有氢气，（看成刚性分子），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢气，使氢气的温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递热量是 ( ) A ． 6J B. 5J C. 3J 选择题1图
2 D. 2J 解：氦气是单原子分子，自由度为3，氢气是双原子分子，自由度为5。根据理想气体的状态方程，两种气体的摩尔数相同。容器容积不变，气体吸收的热量全部转化为内能。再根据理想气体的内能公式，使氦气也升高同样的温度，应向氦气传递热量是3J。 答案选C。 3. 1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B，如果不知是什么气体，变化过程也不知道，但A、B 两态的压强、体积和温度都知道，则可求出( ) A.气体所作的功 B.气体内能的变化 C.气体传给外界的热量 D.气体的质量 解答案：B 4. 已知系统从状态A经某一过程到达状态B，过程吸热10J，系统内能增量为5J。现系
3 统沿原过程从状态B返回状态A，则系统对外作功是( ) A. -15J B. -5J C. 5J D. 15J 解热力学第一定律的表达式W =，系统 ? Q+ U 从A态经某一过程到达B态时系统做的功为- W J。因此当系统沿原过程从B态返? Q =U = 5 5 10= - 回A态时，系统对外做功为-5J。 因此答案选B。 5. 用公式T ν计算理想气体内能增量 ?m, = C U V? 时，此式( ) A. 只适用于准静态的等体过程 B. 只适用于一切等体过程 C. 只适用于一切准静态过程 D.适用于一切始末态为平衡态的过程 解答案选D 6. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比W / Q 等于
热力学第一定律——计算题
第一章 热力学第一定律 四、简答 1. 一隔板将一刚性绝热容器分为左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU 、Q 、W 为正？为负？或为零？ 答：以全部气体为系统，经过指定的过程，系统既没有对外做功，也无热量传递。所以ΔU 、Q 、W 均为零。 2. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。 （1）Q 、W 、Q -W 、ΔU 是否已完全确定； 答：ΔU ＝Q -W 能够完全确定，因内能为状态函数，只与系统的始态和终态有关。Q 、W 不能完全确定，因它们是与过程有关的函数。 （2）若在绝热条件下，使系统从某一始态变化到某一终态，则（1）中的各量是否已完全确定，为什么！ 答：Q 、W 、Q -W 、ΔU 均完全确定，因绝热条件下Q ＝0，ΔU ＝Q +W ＝W . 五、计算题 1.计算下述两个过程的相关热力学函数。 （1）若某系统从环境接受了160kJ 的功，热力学能增加了200kJ ，则系统将吸收或是放出了多少热量？ （2）如果某系统在膨胀过程中对环境作了100kJ 的功，同时系统吸收了260kJ 的热，则系统热力学能变化为多少？ 解析：（1）W ＝-160kJ, ΔU = 200kJ ,根据热力学第一定律： Q ＝ΔU ＋W 得：Q ＝200-160＝40 kJ （2）W ＝100kJ ，Q ＝260 kJ ΔU ＝Q -W ＝260-100＝160 kJ 2.试证明1mol 理想气体在等压下升温1K 时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R. 解： 2111W p p p p n mol T T K W R ===-==21 21外外外nRT nRT （V -V ）=（-） p p 3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg/m 3和1.0×103 kg/m 3，现有1mol 的水发生如下变化：（1）在100℃、101.325kPa 下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； （2）在0℃、101.325kPa 下变为冰。 试求上述过程系统所作的体积功。
第二章热力学第一定律练习题及答案
第一章热力学第一定律练习题 一、判断题（说法对否）： 1.当系统的状态一定时，所有的状态函数都有一定的数值。当系统的状态发生 变化时，所有的状态函数的数值也随之发生变化。 2.在101.325kPa、100℃下有lmol的水和水蒸气共存的系统，该系统的状态 完全确定。 3.一定量的理想气体，当热力学能与温度确定之后，则所有的状态函数也完 全确定。 4.系统温度升高则一定从环境吸热，系统温度不变就不与环境换热。 5.从同一始态经不同的过程到达同一终态，则Q和W的值一般不同，Q + W 的值一般也不相同。 6.因Q P = ΔH，Q V = ΔU，所以Q P与Q V都是状态函数。 7．体积是广度性质的状态函数；在有过剩NaCl(s) 存在的饱和水溶液中，当温度、压力一定时；系统的体积与系统中水和NaCl的总量成正比。8．封闭系统在压力恒定的过程中吸收的热等于该系统的焓。 9．在101.325kPa下，1mol l00℃的水恒温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU = 0。 10.一个系统经历了一个无限小的过程，则此过程是可逆过程。 11．1mol水在l01.325kPa下由25℃升温至120℃，其ΔH= ∑C P,m d T。12．因焓是温度、压力的函数，即H = f(T,p)，所以在恒温、恒压下发生相变时，由于d T = 0，d p = 0，故可得ΔH = 0。 13．因Q p = ΔH，Q V = ΔU，所以Q p - Q V = ΔH - ΔU = Δ(p V) = -W。14．卡诺循环是可逆循环，当系统经一个卡诺循环后，不仅系统复原了，环境也会复原。 15．若一个过程中每一步都无限接近平衡态，则此过程一定是可逆过程。16．(?U/?V)T = 0 的气体一定是理想气体。 17．一定量的理想气体由0℃、200kPa的始态反抗恒定外压(p环= 100kPa) 绝热膨胀达平衡，则末态温度不变。 18．当系统向环境传热(Q < 0)时，系统的热力学能一定减少。
物理学史2.2 热力学第一定律的建立
2.2热力学第一定律的建立 2.2.1准备阶段 19世纪40年代以前，自然科学的发展为能量转化与守恒原理奠定了基础。主要从以下几个方面作了准备。 1.力学方面的准备 机械能守恒是能量守恒定律在机械运动中的一个特殊情况。早在力学初步形成时就已有了能量守恒思想的萌芽。例如，伽利略研究斜面问题和摆的运动，斯梯芬（Stevin，1548—1620）研究杠杆原理，惠更斯研究完全弹性碰撞等都涉及能量守恒问题。17世纪法国哲学家笛卡儿已经明确提出了运动不灭的思想。以后德国哲学家莱布尼兹（Leibniz，1646—1716）引进活力（Vis viva）的概念，首先提出活力守恒原理，他认为用mv2度量的活力在力学过程中是守恒的，宇宙间的“活力”的总和是守恒的。D.伯努利（Daniel Bernoulli，1700—1782）的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守恒定律。 永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证，成为导致建立能量守恒原理的重要线索。 至19世纪20年代，力学的理论著作强调“功”的概念，把它定义成力对距离的积分，并澄清了它和“活力”概念之间的数学关系，提供了一种机械“能”的度量，这为能量转换建立了定量基础。1835年哈密顿（W.R.Hamilton，1805—1865）发表了《论动力学的普遍方法》一文，提出了哈密顿原理。至此能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容。 2.化学、生物学方面的准备 法国的拉瓦锡（A.L.Lavoisier，1743—1794）和拉普拉斯（P.S.M.Laplace，1749—1827）曾经研究过一个重要的生理现象，他们证明豚鼠吃过食物后发出动物热与等量的食物直接经化学过程燃烧所发的热接近相等。德国化学家李比希（J.Liebig，1803—1873）的学生莫尔（F.Mohr，1806—1879）则进一步认为不同形式的“力”（即能量）都是机械“力”的表现，他写道： “除了54种化学元素外，自然界还有一种动因，叫做力。力在适当的条件下可以表现为运动、化学亲和力、凝聚、电、光、热和磁，从这些运动形式中的每一种可以得出一切其余形式。” 他明确地表述了运动不同形式的统一性和相互转化的可能性。 3.热学方面的准备
07热力学第一定律习题解答.
第七章 热力学第一定律 一 选择题 1. 图为质量一定的某理想气体由 初态a 经两过程到达末状态c ，其中 abc 为等温过程，则 （ ） A ．adc 也是一个等温过程 B ．adc 和abc 过程吸收的热量相等 C ．adc 过程和abc 过程做功相同 D ．abc 过程和adc 过程气体内能变化相同 解：热量和功均是过程量，内能是状态量。 故答案选D 。 2. 有两个相同的容器，容积不变，一个盛有氦气， 另一个盛有氢气，（看成刚性分子），它们的压强和 温度都相等，现将5J 的热量传给氢气，使氢气的温 度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦 气传递热量是 ( ) A ． 6J B. 5J C. 3J D. 2J 选择题1图
解：氦气是单原子分子，自由度为3，氢气是双原子分子，自由度为5。根据理想气体的状态方程，两种气体的摩尔数相同。容器容积不变，气体吸收的热量全部转化为内能。再根据理想气体的内能公式，使氦气也升高同样的温度，应向氦气传递热量是3J。 答案选C。 3. 1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B，如果不知是什么气体，变化过程也不知道，但A、B 两态的压强、体积和温度都知道，则可求出( ) A.气体所作的功 B.气体内能 的变化 C.气体传给外界的热量 D.气体的质 量 解答案：B 4. 已知系统从状态A经某一过程到达状态B，过程吸热10J，系统内能增量为5J。现系统沿原过程从状态B返回状态A，则系统对外作功是
( ) A. -15J B. -5J C. 5J D. 15J 解 热力学第一定律的表达式W U Q +?=，系 统从A 态经某一过程到达B 态时系统做的功为 5510=-=?-=U Q W J 。因此当系统沿原过程 从B 态返回A 态时，系统对外做功为-5J 。 因此答案选B 。 5. 用公式T C U V ?=?m ,ν计算理想气体内能增 量时，此式 ( ) A. 只适用于准静态的等体过程 B. 只适用于一切等体过程 C. 只适用于一切准静态过程 D. 适用于一切始末态为平衡态的过程 解 答案选D 6. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压 膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的 热量之比W / Q 等 于 ( )
物理化学第2章热力学第一定律
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。
第二章热力学第一定律练习题及解答
第 二 章 热力学第一定律 一、思考题 1. 判断下列说法是否正确，并简述判断的依据 （1）状态给定后，状态函数就有定值，状态函数固定后，状态也就固定了。 答：是对的。因为状态函数是状态的单值函数。 （2）状态改变后，状态函数一定都改变。 答：是错的。因为只要有一个状态函数变了，状态也就变了，但并不是所有的状态函数都得 变。 （3）因为ΔU=Q V ，ΔH=Q p ，所以Q V ，Q p 是特定条件下的状态函数? 这种说法对吗？ 答：是错的。?U ，?H 本身不是状态函数，仅是状态函数的变量，只有在特定条件下与Q V ，Q p 的数值相等，所以Q V ，Q p 不是状态函数。 （4）根据热力学第一定律，因为能量不会无中生有，所以一个系统如要对外做功，必须从 外界吸收热量。 答：是错的。根据热力学第一定律U Q W ?=+，它不仅说明热力学能（ΔU ）、热（Q ）和 功（W ）之间可以转化，有表述了它们转化是的定量关系，即能量守恒定律。所以功的转化 形式不仅有热，也可转化为热力学能系。 （5）在等压下，用机械搅拌某绝热容器中的液体，是液体的温度上升，这时ΔH=Q p =0 答：是错的。这虽然是一个等压过程，而此过程存在机械功，即W f ≠0，所以ΔH≠Q p 。 （6）某一化学反应在烧杯中进行，热效应为Q 1，焓变为ΔH 1。如将化学反应安排成反应相 同的可逆电池，使化学反应和电池反应的始态和终态形同，这时热效应为Q 2，焓变为ΔH 2，则ΔH 1=ΔH 2。 答：是对的。Q 是非状态函数，由于经过的途径不同，则Q 值不同，焓（H ）是状态函数，只要始终态相同，不考虑所经过的过程，则两焓变值?H 1和?H 2相等。 2 . 回答下列问题，并说明原因 （1）可逆热机的效率最高，在其它条件相同的前提下，用可逆热机去牵引货车，能否使火 车的速度加快？ 答？不能。热机效率h Q W -=η是指从高温热源所吸收的热最大的转换成对环境所做的功。
第一章_热力学第一定律_习题答案
第一章热力学第一定律 练习参考答案 1. 一隔板将一刚性绝热容器分成左右两侧，左室气体的压力大于右室气体的压力。现将隔板抽去，左、右气体的压力达到平衡。若以全部气体作为体系，则ΔU、Q、W为正？为负？或为零？ 解: ∵U=0 2. 试证明1mol理想气体在恒后下升温1K时，气体与环境交换的功等于摩尔气体常数R 。 解: 恒压下， W= - p外ΔV= - p外 p T nR? = - R(p外= p，n=1mol，ΔT=1 ) 3. 已知冰和水的密度分别为0.92×103 kg?m-3和1.0×103 kg?m-3，现有1mol 的水发生如下变化: (1) 在100℃、101.325kPa下蒸发为水蒸气，且水蒸气可视为理想气体； (2) 在0℃、101.325kPa下变为冰。 试求上述过程体系所作的体积功。 解: 恒压、相变过程， (1)W= -p 外(V2 –V1) = - 101.325×103×?? ? ? ? ? ? - ? ? ? 3 310 0.1 018 .0 1 10 325 . 101 373 314 .8 1 =-3100 ( J ) (2) W= - p 外(V2 –V1) = - 101.325×103×?? ? ? ? ? ? - ? ? 3 310 0.1 018 .0 1 10 92 .0 018 .0 1 = -0.16 ( J ) 4. 若一封闭体系从某一始态变化到某一终态。 (1) Q、W、Q－W、ΔU是否已完全确定； (2) 若在绝热条件下，使体系从某一始态变化到某一终态，则(1)中的各量是否已完全确定？为什么？ 解: (1)Q+W、ΔU完全确定。 ( Q+W=ΔU；Q、W与过程有关) (2) Q、W、Q+W、ΔU完全确定。 (Q=0，W = ΔU) 5. 1mol理想气体从100℃、0.025m3经下述四个过程变为100℃、0.1m3: (1) 恒温可逆膨胀；
热力学第一定律的内容及应用
目录 摘要 (1) 关键字 (1) Abstract: ...................................................................................... 错误！未定义书签。Key words .................................................................................... 错误！未定义书签。引言 (1) 1．热力学第一定律的产生 (1) 1.1历史渊源与科学背景 (1) 1.2热力学第一定律的建立过程 (2) 2.热力学第一定律的表述 (3) 2.1热力学第一定律的文字表述 (3) 2.2数学表达式 (3) 3.热力学第一定律的应用 (4) 3.1焦耳实验 (4) 3.2热机及其效率 (5) 总结 (7) 参考文献 (7)
热力学第一定律的内容及应用 摘要：热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律，广泛地应用于各个学科领域。本文回顾了其建立的背景及经过，它的准确的文字表述和数学表达式，及它在理想气体、热机的应用。 关键字：热力学第一定律；内能定理；焦耳定律；热机；热机效率 引言 在19世纪早期，不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造，因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来，之后不再需要任何动力和燃料，却能自动不断地做功。在热力学第一定律提出之前，人们一直围绕着制造永动机的可能性问题展开激烈的讨论。直至热力学第一定律发现后，第一类永动机的神话才不攻自破。本文就这一伟大的应用于生产生活多方面的定律的建立过程、具体表述、及生活中的应用——热机，进行简单展开。 1．热力学第一定律的产生 1.1历史渊源与科学背景 人类使用热能为自己服务有着悠久的历史,火的发明和利用是人类支配自然力的伟大开端,是人类文明进步的里程碑。中国古代就对火热的本性进行了探讨,殷商时期形成的“五行说”——金、木、水、火、土,就把火热看成是构成宇宙万物的五种元素之一。 北宋时刘昼更明确指出“金性苞水,木性藏火,故炼金则水出,钻木而生火。”古希腊米利都学派的那拉克西曼德（Anaximander,约公元前611—547) 把火看成是与土、水、气并列的一种原素,它们都是由某种原始物质形成的世界四大主要元素。恩培多克勒（Empedocles,约公元前500—430）更明确提出四元素学说,认为万物都是水、火、土、气四元素在不同数量上不同比例的配合,与我国的五行说十分相似。但是人类对热的本质的认识却是很晚的事情。18世纪中期,苏格兰科学家布莱克等人提出了热质说。这种理论认为,热是由一种特殊的没有重量的流体物质,即热质（热素）所组成,并用以较圆满地解释了诸如由热传导从而导致热平衡、相变潜热和量热学等热现象,因而这种学说为当时一些著名科学家所接受,成为十八世纪热力学占统治地位的
热力学第一定律第二定律的基本知识部分
第二章热力学第一定律(需要掌握) 一、填空： 1、系统与环境 系统（System）：________________________________________________. 环境（Surroundings）：__________________________________________. 根据系统与环境之间有无物质和能量的交换，可分为三类：________、_______、___________. 2、状态与状态函数 ?状态：________________________________________. 状态函数（State function）：__________________________。如______________.非状态函数（途径函数或过程函数）(process function)：______________________,如______、___________. 3、热（heat）：__________________________。用符号____表示。 ?Q的取号：系统吸热，Q _ 0；系统放热，Q_0 ； ?单位：能量单位，如kJ、J。 4、功（work）：_________________________________。用符号____ 表示。 ?W 的取号： 环境对系统做功，系统___功，环境___功，系统能量___，W为___。 系统对环境做功，环境____功，体系___功，系统能量___，W为___。 5、体积功（e W）公式：W=__________________。 6、热功当量定律___________________________________. 焦耳（Joule）等人历经20多年，用各种实验求证____________关系,其关系为
7 热力学第一定律
- 13 - 第五章 大量粒子系统(二) 热力学第一定律 序号 学号 姓名 专业、班级 一 选择题 [ C ]1. 设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍，则理想气体在一次卡 (A)n 倍 (B) n-1 (C)n 1 倍 (D) n n 1 + [ D ]2．如果卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中的 abcda 与ab 'c 'da 所作的功和热机效率的变化情况是： (A) 净功增大，效率提高; (B) 净功增大，效率降低; (C) 净功和效率都不变; (D) 净功增大，效率不变。 ［ D ］3. 有人设计一台卡诺热机（可逆的），每循环一次可以从400 K 的高温热源吸热1800 J ，向300 K 的低温热源放热800 J 。同时对外做功1000 J ，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力第一定律; (B) 可以的，符合热力第二定律; (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量; (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值。 [ A ]4．理想气体向真空作绝热膨胀。 (A) 膨胀后，温度不变，压强减小; (B) 膨胀后，温度降低，压强减小; (C) 膨胀后，温度升高，压强减小; (D) 膨胀后，温度不变，压强不变。 [ C ]5．氦、氮、水蒸气（均视为理想气体），它们的摩尔数相同，初始状态相同，若使它们在体积不变情况下吸收相等的热量，则 (A) 它们的温度升高相同，压强增加相同; (B) 它们的温度升高相同，压强增加不相同; (C) 它们的温度升高不相同，压强增加不相同; (D) 它们的温度升高不相同，压强增加相同。 [ A ]6．如图所示，一定量理想气体从体积1V 膨胀到体积2V 分别经历的过程是：A →B 等压过程；A →C 等温过程；A →D 绝热过程。其中吸热最多的过程 (A) 是A →B ; (B) 是A →C ; (C) 是A →D ; (D) 既是A →B ，也是A →C ，两过程吸热一样多。 [ B ]7．一个绝热容器，用质量可忽略的绝热板分成体积相等的两部分。两边分别装入质量相等、温度相同的H 2和O 2。开始时绝热板P 固定，然后释放之，板P 将发生移动（绝热板与容器壁之间不漏气且摩擦可以忽略不计）。在达到新的平衡位置后，若比较两边温度的高低，则结果是： (A) H 2比O 2温度高; (B) O 2比H 2温度高; (C) 两边温度相等, 且等于原来的温度; (D) 两边温度相等, 但比原来的温度降低了。 [ B ]8．如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为0p ，右边为真空。今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是 0(A)p （B ）2/0p 02(C)p γ (D) γ2/0p （v p C C /=γ） [ B ]9．1 mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ，如果不知是什么气体，变化过程也不知道，但A 、B 两态的压强、体积和温度都知道，则可求出： (A) 气体所作的功; (B) 气体内能的变化; (C) 气体传给外界的热量; (D) 气体的质量。 二 填空题 1．一定量的理想气体处于热动平衡状态时，此热力学系统不随时间变化的三个宏观量是_____体积、温度和压强_______，而随时间不断变化的微观量是 _分子的运动速度、动量和动能。 2．不规则地搅拌盛于良好绝热容器中的液体，液体温度在升高，若将液体看作系统，则： (1) 外界传给系统的热量 等于 零； (2) 外界对系统作的功 大于 零； (3) 系统的内能的增量 大于 零。 （填大于、等于、小于） ３．常温常压下，一定量的某种理想气体（可视为刚性分子自由度为i ），在等压过程中吸热为Q ，对外界作功为A ，内能增加为△E ，则 Q A ＝22+i ，Q E ?＝2+i i 。 4．刚性双原子分子的理想气体在等压下膨胀所作的功为A ，则传递给气体的热量为 。 5．1 mol 的双原子分子理想气体，从状态),,(I 111T V p 变化至状态),,(I I 222T V p ，如图所示。此过程气体对外界作功为()()122121 V V p p -+, 吸收热量为()()()1221122 125V V P P T T R -++-。 12 2 p p 1
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第二章热力学第一定律 1、如果一个系统从环境吸收了40J 的热，而系统的热力学能却增加了200J ,问系统从环境中得到了多少功？如果该系统在膨胀过程中对环境作了 10kJ 的功，同时收了 28kJ 的热，求系统的热力学能变化值。 解：根据U Q W 热力学第一定律,可知 W U Q (200 40) 160J （系统从环境吸热，Q 0 ） U Q W 28 10 18kJ （系统对环境做功，W 0 ） 2、有 10mol 的气体（设为理想气体），压力为 1000kPa ，温度为 300K ，分别求出等温时下列过程的功： （1）在空气中压力为 100kPa 时，体积胀大1dm3； （2）在空气中压力为 100kPa 时，膨胀到气体压力也是100kPa ； （3）等温可逆膨胀至气体的压力为100kPa ； 解：（1）外压始终维持恒定，系统对环境做功 W p e V100 103 1 10 3 100J （2） 10mol,300K10mol,300K 1000kPa,V 1100kPa,V 2 W p e V p e (V2 V1 ) p e(nRT 2 nRT 1) nRTp e ( 1 1 ) p2 p1 p2 p1 10 8.314 300 100 103 ( 1 1 103 ) 2.2 104 J 100 103 1000 （3）等温可逆膨胀： V2 p e dV nRT ln V 2 nRT ln p 1 W V1 V1 p2 10 8.314 300 ln 1000 5.74 10 4 J 100 3、 1mol 单原子理想气体，C V ,m 3 R ，始态（1）的温度为273K ,体积为 22.4dm3，2 经历如下三步，又回到始态，请计算每个状 态的压力， Q ,W和U 。 （1）等容可逆升温由始态（1）到 546K 的状态（ 2）； （2）等温（ 546K ）可逆膨胀由状态（ 2）到44.8dm3的状态（ 3）； （3）经等压过程由状态（ 3）回到始态
第13章 热力学第一定律习题解答
第13章 热力学第一定律 13.1 定容气体温度计的测温泡浸在水的三相点槽内时，其中气体的压强为6.7×103Pa 。（1）当温度计测量300K 的温度时，气体的压强是多少？（2）当气体的压强为9.1×105Pa 时，待测温度是多少？ 解：记温度计内气体在水的三相点时的压强为p tr. ，则有 T （p ）=273.16K （p/p tr ) (1)由T （p ）=273.16K(p/p tr )，有 p = K p T 16.273p )(tr =K Pa K 16.273107.63003??=7.358410?Pa (2) 由T （p ）=273.16K(p/p tr )，有 T(p)= 273.16K （p/p tr )=Pa Pa K 3 5107.6101.916.273???=3.710K 4 10? 13.2 用定容气体温度计测得冰点的理想气体温度为273.15K ，试求温度计内的气体在冰点时的压强与该气体在水的三相点时压强之比的极限值。 解：由T （p ）=273.16K(p/p tr )，有 lim →tr p p/p tr =0 lim →tr p K p T 16.273)(=0lim →tr p K K 16.27315.273=0.99996 13.3 一抽气机转速ω=400转/分，抽气机每分钟能抽出气体20l ，设容器的容积V =2.0l ， 问经过多少时间才能使容器的压强由p 0=760mmHg 降到p t =10mmHg 。（设抽气过程温度不变） 解：依题意,抽气机每转抽出气体： 0V = 40 20 l=0.05l 由于T 不变，第一次抽出气体0V 前后：p 0V=p 1(V+0V ) 第二次抽出气体0V 前后：p 1V=p 2 (V+0V ) 第n 次抽出气体0V 前后：p 1-n V= p n (V+0V ) 以上各式，左右两边分别相乘得： n n n V V p V p )(00+= 故 n p p 0=n n 0V )V +(V 即 10760=n n 2 2.05
热力学第一定律和第二定律
热力学第一定律和热力学第二定律 通过我们对物理及热力学的学习发现了这样的规律：凡是牵涉到热现象的一切过程都有一定的方向性和不可逆性，例如热量总是从高温物体自发地传向低温物体，而从未看到热量自发地从低温物体传向高温物体，例如当我们拥有一杯热水可以通过等待热水向周围空气散热得到一杯凉水，可是当我们需要这杯凉水重新变成热水时，单纯等待散失到周围空气的热量重新回来却不可能。又如机械能可以通过摩擦无条件地完全地转化为热量，但是热能无法在单一热源下自发地转换为机械能。 这种自然规律虽然有时候不能如我们所愿，但它对我们意义重大。可以说是人类在地球上赖以生存的基础。 我们却难以设想传热方向未知状态下的混乱。我们不知道传热的方向，从而会不知道一杯热水放在环境中会变凉还是会继续升温，何时才能变凉，我们把凉水放在炉子上加热却不知道热量是从凉水传向炉子，还是从炉子传向凉水。我们会得到热水还是更凉的凉水。 从这个意义上说正如交通红绿灯是交通畅通无阻的保证传热方向规律是自然界热领域中的红绿灯。 热不可能自发地不付代价地从低温物体传至高温物体，这就是克劳修斯说的热力学第二定律 不可能制造出从单一热源吸热使之全部转化成为功而不留下其他任何变化的热力发动机这就是开尔文说的热力学第二定律 总结热力学第二定律的两种说法的自然过程总是使系统趋于平衡能
量从高位趋于低位，存在着 不平衡的自然界，无时无刻不发生着这种变化——机械运动产生热量高温物体将热量传向低温物体。高温物体将热量传向低温物体的过程中又可能产生机械运动。 生命过程、化学过程、核反应过程都伴随着热过程的发生，自然界的运动变化中热现象担任着重要的角色。生活常识告诉我们冬天冷玻璃杯遇开水会破裂，这些都是物质表现出来的各种热湿现象，由于地球不停地运动和变化，经过漫长的地质年代逐渐在地壳内部积累了巨大的能量。形成了巨大的应力作用，当大地构造应力或热应力使地壳某些脆弱的地带承受不了，时发生错位或断裂以波的形式传到地面就形成了地震研究火山的学者认为；热是各种地质作用的原始驱动力，火山活动是地球内部热的不均匀性的地表，反映海底的地震和火山喷发可能引起海水中形成巨大的海浪并向外传播。这就是海啸森林中的落叶和腐朽的树干等，可燃物在干燥的气候条件下，因某些火源的引发极易产生森林大火。又如高温洋面通过蒸发而把大 量的水汽输入大气，即把从海洋得到的潜热释放于大气层中，产生不平衡在高层通风条件不良的状况下，热量不能扩散到大范围空间中去当低空有辐合的流场或高空有辐散的流场时，就形成了台风， 地球灾害的每一次发生也就是地球能量的一次巨大释放，试想如果这种能量在地球自己爆发前 能被人类开发利用起来，是多么的巨大加上避免了灾害的发生这种景象是多么的美好，地球自由运行的过程中将蕴藏越来越大的热能，或
第二章 热力学第一定律(总复习题含答案)
第二章 热力学第一定律 一、 选择题 1、下列叙述中不具状态函数特征的是：（ ） (A)系统状态确定后，状态函数的值也确定 (B)系统变化时，状态函数的改变值只由系统的初终态决定 (C)经循环过程，状态函数的值不变 (D)状态函数均有加和性 2、下列叙述中，不具可逆过程特征的是：（ ） (A)过程的每一步都接近平衡态，故进行得无限缓慢 (B)沿原途径反向进行时，每一小步系统与环境均能复原 (C)过程的初态与终态必定相同 (D)过程中，若做功则做最大功，若耗功则耗最小功 3、如图，将CuSO4水溶液置于绝热箱中，插入两个铜电极， 以蓄电池为电源进行电解，可以看作封闭体系的是：（ ） (A)绝热箱中所有物质 (B)两个铜电极 (C)蓄电池和铜电极 (D) CuSO 4水溶液 5、在下列关于焓的描述中，正确的是（ ） (A)因为ΔＨ＝ＱＰ，所以焓是恒压热 (B)气体的焓只是温度的函数 (C)气体在节流膨胀中，它的焓不改变 (D)因为ΔＨ＝ΔＵ＋Δ（ＰＶ），所以任何过程都有ΔＨ>０的结 论 6、在标准压力下，1mol 石墨与氧气反应生成1mol 二氧化碳的 反应热为Δr H ，下列哪种说法是错误的? （ ） (A) ΔH 是CO2(g)的标准生成热 (B) ΔH =ΔU (C) ΔH 是石墨的燃烧热 (D) ΔU <ΔH 7、在标准状态下，反应C 2H 5OH （l ）+3O 2(g) →2CO 2(g)+3H 2O(g)的反应焓为Δr H m θ, ΔC p >0, 下列说法 中正确的是（ ） (A)Δr H m θ是C 2H 5OH （l ）的标准摩尔燃烧焓 (B)Δr H m θ〈０ (C)Δr H m θ＝Δr Ｕm θ (D)Δr H m θ不随温度变化而变化 8、下面关于标准摩尔生成焓的描述中，不正确的是（ ） (A)生成反应中的单质必须是稳定的相态单质 (B)稳态单质的标准摩尔生成焓被定为零 (C)生成反应的温度必须是298.15K (D)生成反应中各物质所达到的压力必须是100KPa 9、在一个绝热钢瓶中，发生一个放热的分子数增加的化学反应， 那么：（ ） (A) Q > 0，W > 0，?U > 0 (B)Q = 0，W = 0，?U < 0 (C) Q = 0，W = 0，?U = 0 (D) Q < 0，W > 0，?U < 0 10、非理想气体进行绝热自由膨胀时,下述答案中哪一个是错误的? ( ) (A) Q =0 (B) W =0 (C) ΔU =0 (D) ΔH =0 11、下列表示式中正确的是 ( ) (A)恒压过程ΔH=ΔU+pΔV (B)恒压过程 ΔH=0 (C)恒压过程ΔH=ΔU+VΔp (D)恒容过程 ΔH=0 12、理想气体等温反抗恒外压膨胀，则 ( ) (A)Q>W (B)Q