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准静态过程
内能、功和热量
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热力学系统,热力学研究的对象。
这一节只研究理想气体系统。
热力学过程 （ 简称过程 ）, 热力学系统从一个状态变
化到另一个状态的过程 。
实际发生的过程往往进行的较快，在新的平衡态达到
之前系统又继续了下一步变化，这意味着系统在过程中
经历了一系列非平衡态。这种过程为 非静态过程 。
准静态过程,任意时刻的中间态都无限接近于一个平
衡态的过程 。
对准静态过程，在任何时刻系统的状态都可以当平
衡态来处理。
一、准静态过程
准静态过程是由一系列依次接替的平衡态所组成的过程。
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准静态过程只有在进行的, 无限缓慢, 的条件下
才可能实现。实际过程则要求系统状态发生变化的特征
时间远远大于弛豫时间 τ 才可近似看作准静态过程。
P
o V
B
A
作为准静态过程中间状
态的平衡态, 具有确定的状
态参量值 。
准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学
的基础，我们要着重讨论它。
过程曲线
非准静态过程不能用状态图上的一条曲线来表示。
对于简单系统可用 P— V图
上的一点来表示这个平衡态 。
系统的准静态变化过程可用 P—
V图上的一条曲线表示 。
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1.理想气体内能,
RTiE ?2?
内能,系统中所有分子不规则运动的能量与分子与分
子之间相互作用的势能的总和。
内能的改变只决
定于系统初末两个
状态，与所经历的
过程无关。内能是
“状态量”。
2.内能增量 12 EEE ???
）12(2 TTRi ?? ?
单原子分子气体
RTE ?23?
双原子分子气体
RTE ?25?
多原子分子气体
RTE ?26?
二、内能、内能增量
TRi ?? ?2
微小变化：
R d TidE ?2?
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1,气体系统作功是通过改变气体体积来完成的。
例如,气缸内的气压大于外界大气压，气体膨胀推
动气缸活塞对外作功。
三、功
S
dx
dVP
F dxAd ?元功 PSdx? PdV?
PSF ?压力
由功的定义：
?? ?? baba F d rdAA ?co s
只考虑无摩擦准静态过程的功。
2.气体作功的计算
体积变化从 V1— V2，在整个
过程中气体作功为：
?? ?? 21VVba P d VAdA
? 特殊：
等容过程,A等容 =0
等压过程：
A等压 = P(V2-V1)
6
1Vo
P
V2V
1
2
dV
P结论,P— V 图上过程曲线 P=P(V)
下的面积等于功的大小。
P d VS VV?? 2
1
A?
1?2与 1?1’?2两个过程的始
末状态相同，但过程曲线不同，
两条曲线下的面积不同，则作
功也不同。
注意：
功的大小不仅取决于系统的始末
状态，且与系统经历的过程有关。
功是过程量
'1
1V
o
P
V
2V
1
2
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例如,一杯 80oC的热水，向周围温度较低的空气放出热
量，这是一个过程，而说这杯水具有多少热量是错的。
2.热量与温度的区别
?热量 是能量变化的一种量度,是过程量 。
?温度 反映了物体冷热程度，是分子平均平动动能的标
志,是状态量 。
3.热量的计算 )(
12 TTCQ m ?? ?
1.热的本质是传递的能量。该能量的多少就是热量。
c是比热，
四、热量
Cm为摩尔热容量,1mol气体升高单位温度所吸收的热量。
cMC m o lm ?
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摩尔热容可定成,d符号 表示“元”，
热量与过程有关。同一系统在不同过程中的热容量有
不同的值。常用的有 等容摩尔热容 与 等压摩尔热容 。
?等容过程,引入 等容摩尔热容 CV,m,表示在等容过程
中,1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。
V
mV dT
dQC
?
?
??
?
??
,
?等压过程,引入 等压摩尔热容 CP,m,表示在等压过
程中,1 mol 气体升高单位温度所吸收的热量。
)( 12,TTCQ mPP ?? ?
规定：
P
mP dT
dQC
?
?
??
?
??
,
)( 12,TTCQ mVV ?? ?热量
系统吸热,0?吸Q 系统放热,0?放Q
热量
m
m dT
dQC
?
?
??
?
??