大学物理热力学基本概念ppt课件
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大学物理热力学PPT课件
02
对应态原理
不同物质在相同的对应状态下具有相同 的热力学性质。对应态参数包括对比压 强、对比体积和对比温度。
03
范德华方程与对应态 原理的应用
预测真实气体的性质，如液化温度、临 界参数等。
真实气体行为描述
压缩因子
描述真实气体与理想气体偏差程度的物理量，定义为Z = pV/nRT。对于理想气体，Z = 1；对于真实气体，Z ≠ 1。
细管电泳等。
固体熔化与升华过程分析
固体熔化
升华过程
熔化与升华的应用
固体在加热过程中，当温度达到 熔点时开始熔化，由固态转变为 液态。熔化过程中吸收热量，温 度保持不变。
某些物质在固态时可以直接升华 为气态，而无需经过液态阶段。 升华过程中也吸收热量，但温度 同样保持不变。
熔化与升华是物质相变的重要过 程，对于理解物质的热力学性质 和相变规律具有重要意义。同时， 在实际应用中也具有广泛用途， 如金属冶炼、材料制备等领域。
阿马伽分体积定律
混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和，即V_total = V_1 + V_2 + ... + V_n。
理想气体混合物的性质
各组分气体遵守理想气体状态方程，且相互之间无化学反应。
范德华方程与对应态原理
01
范德华方程
对真实气体行为的描述，考虑了分子体 积和分子间相互作用力，形式为(p + a/V^2)(V - b) = RT，其中a、b为与物 质特性相关的常数。
维里方程
描述真实气体行为的另一种方程形式，考虑了高阶分子间 相互作用项，形式为pV = nRT(1 + B/V + C/V^2 + ...)， 其中B、C等为维里系数。
大学物理第8章：热力学基础
3
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
讨论： (1) n=0, 等压过程，Cp=CV+R ,过程方程: T/V=C4; (2) n=1, 等温过程，CT = , 过程方程: pV=C5; (3) n= , 等体过程, CV =iR/2 , 过程方程: p/T=C6; (4) n= , 绝热过程，CQ=0, 过程方程:
pV C1 , TV
RdT
由 pV=RT 于是得
C CV
pdV
pdV+Vdp=RdT
R pdV (1 ) Vdp 0 C CV dp R dV (1 ) 0 p C CV V
令
R 1 n —多方指数 C C V
21
dp dV n 0 p V
完成积分就得多方过程的过程方程：
V1
V2
i ( p2V2 p1V1 ) 2
只与始末状态有关
M i RT 2
( if
c const )
Q cM (T2 T1 )
与过程有关
特点
与过程有关
对微小过程：dQ=dE + dA
M i dQ RdT pdV 2
14
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
讨论： (1) n=0, 等压过程，Cp=CV+R ,过程方程: T/V=C4; (2) n=1, 等温过程，CT = , 过程方程: pV=C5; (3) n= , 等体过程, CV =iR/2 , 过程方程: p/T=C6; (4) n= , 绝热过程，CQ=0, 过程方程:
pV C1 , TV
RdT
由 pV=RT 于是得
C CV
pdV
pdV+Vdp=RdT
R pdV (1 ) Vdp 0 C CV dp R dV (1 ) 0 p C CV V
令
R 1 n —多方指数 C C V
21
dp dV n 0 p V
完成积分就得多方过程的过程方程：
V1
V2
i ( p2V2 p1V1 ) 2
只与始末状态有关
M i RT 2
( if
c const )
Q cM (T2 T1 )
与过程有关
特点
与过程有关
对微小过程：dQ=dE + dA
M i dQ RdT pdV 2
14
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
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12
3 热力学第一定律
（1） 热力学第一定律的数学形式
Q(EE)A
2
1
微变过程： dQdEdA
准静态过程：dQdEPdV
理想气体：
dQM 2i RdTPdV
系 统 从 外 界 吸 收 热 量 时 ,Q 0 ,反 之 Q 0
系统对外界 ,A作 0,反 功之 时 A0
系统的内 精选,PE PT2课能 件 E1 增 0,反 加 E 之 2 时 E1013
理想气体
EM
2i RT其中iR:::理理 理想想 想气气 气体体 体分摩 普子尔 适的质 恒自量 量由度
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T
:理想气体绝对温度 9
① 内能 E 是状态函数
内能变化 △E 只与初末状态
有关，与所经过的过程无关，
可以在初、末态间任选最简便
的过程进行计算。 ② 改变内能的方式 （2） 热量的计算
等体摩尔热容：1摩尔理想气体在等容过程中温度变化
1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
C C V QT T 12M C VdTM C V T
等压摩尔热容：1摩尔理想气体在等压过程中温度变化
1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
C C P Q 精选 PPTT T 1课2M 件 C PdTM C PT
做功 热传递
热量：物体间由于温度差别而转移的能量
热量的传递称为传热。传热有三种方式：
热传导、对流精选、PPT热课件辐射。
10
Q cM (T 2T 1)c M T c物质的比热容
摩尔热容：1摩尔物质在某一过程中温度变化1K时，
吸收或放出的热量。
摩尔热容：C c QT T 12M C d TM C T 注意：热量也是过程量
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一级相变与二级相变的区别
热力学函数变化特点、相变潜热的计算
临界点及超临界现象
临界点的定义及性质、超临界流体的特点及应用
05 热辐射与黑体辐 射理论
热辐射基本概念及性质
热辐射定义
01
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射特点
02
不依赖介质传播，具有连续光谱，温度越高辐射越强。
热辐射与光辐射的区别
气体输运现象及粘滞性、热传导等性质
粘滞性
气体在流动时，由于分子间的动量交换，会 产生阻碍流动的粘滞力。气体的粘滞性与温 度、压强有关。
热传导
气体中热从高温部分传向低温部分的现象 称为热传导。热传导是由于分子间的碰撞传 递能量实现的。气体的热传导系数与温度、
压强有关。
04 固体、液体与相 变现象
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目录
• 热学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 气体动理论与分子运动论 • 固体、液体与相变现象 • 热辐射与黑体辐射理论 • 热学在生活和科技中应用
01 热学基本概念与 定律
温度与热量
温度
表示物体冷热程度的物理量， 是分子热运动平均动能的标志。
热量
在热传递过程中所传递内能的 多少。
绝热过程
系统与外界没有热交换的热力学过程。 在绝热过程中，系统的温度变化完全 由做功引起。例如，绝热膨胀和绝热 压缩是常见的绝热过程。
多方过程与准静态过程
多方过程
系统状态变化时，其压强和体积同时发生变化的过程。多方过程的特征在于压强和体积的乘积（PV）的n次方保 持恒定，其中n为多方指数。多方过程包括等温过程、等压过程和等容过程等特例。
最概然速率
在麦克斯韦速率分布曲线中，有一个峰值对应的速率称为最概然速率，表示在该速率附 近分子数最多。
热力学函数变化特点、相变潜热的计算
临界点及超临界现象
临界点的定义及性质、超临界流体的特点及应用
05 热辐射与黑体辐 射理论
热辐射基本概念及性质
热辐射定义
01
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射特点
02
不依赖介质传播，具有连续光谱，温度越高辐射越强。
热辐射与光辐射的区别
气体输运现象及粘滞性、热传导等性质
粘滞性
气体在流动时，由于分子间的动量交换，会 产生阻碍流动的粘滞力。气体的粘滞性与温 度、压强有关。
热传导
气体中热从高温部分传向低温部分的现象 称为热传导。热传导是由于分子间的碰撞传 递能量实现的。气体的热传导系数与温度、
压强有关。
04 固体、液体与相 变现象
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目录
• 热学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 气体动理论与分子运动论 • 固体、液体与相变现象 • 热辐射与黑体辐射理论 • 热学在生活和科技中应用
01 热学基本概念与 定律
温度与热量
温度
表示物体冷热程度的物理量， 是分子热运动平均动能的标志。
热量
在热传递过程中所传递内能的 多少。
绝热过程
系统与外界没有热交换的热力学过程。 在绝热过程中，系统的温度变化完全 由做功引起。例如，绝热膨胀和绝热 压缩是常见的绝热过程。
多方过程与准静态过程
多方过程
系统状态变化时，其压强和体积同时发生变化的过程。多方过程的特征在于压强和体积的乘积（PV）的n次方保 持恒定，其中n为多方指数。多方过程包括等温过程、等压过程和等容过程等特例。
最概然速率
在麦克斯韦速率分布曲线中，有一个峰值对应的速率称为最概然速率，表示在该速率附 近分子数最多。
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传热的微观本质是分子的无规则运动能量从高 温物体向低温物体传递。热量是过程量
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
15
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
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三.等温过程(isothermal process) P
大学物理_热力学基础PPT课件
C Mc
摩尔热容量：1mol物质的热容量（Cm） J K 1 mol 1
C
M
Cm
第11页/共60页
热容量CY与过程有关:
CY
(
dQ dT
)Y
热容量C的可能值:
C 0 吸热且升温 T 0
C 0 放热且升温 T 0 C 0 Q 0 绝热过程
C 等温过程 T 0
稳定性要求 C 0
第1页/共60页
§7-1 热力学第一定律
一 功 宏观运动能量
热运动能量 （过程量）
功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动
状态的变化 .
准静态过程功的计算
dW Fdl pSdl
dW pdV
W V2 pdV V1
注意：作功与过程有关 .
第2页/共60页
二 热 量（过程量）
通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间
第5页/共60页
理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 , 理想气体的内能仅是温度的函数 .
E E(T )
系统内能的增量只与系统起始和终了状态有
关，与系统所经历的过程无关 .
p
p
A*
1
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
EAB C
EA1B2 A 0
改变系统内能的两种等效方式: 作功, 传递热量
第6页/共60页
双原子理想气体
7 Cp 2 R
多原子理想气体 Cp 4R
第14页/共60页
3、比热容比 理想气体
Cp
CV C p CV R
i CV 2 R
i2
i 例7-1 教材 P230
第15页/共60页
大学物理热力学基础课件PPT资料59页
等温过程中的功
元功：
dA PdVM mRTdVV
总功：A V2 mRTdV
M V1 V
mRlTn V2mRlTnP1 M V1 M P2
12.05.2020
大学物理 I 曹颖
14
内能 dE M mCVd T0(d T0)
Δ E E 2 E 1 0(T 2 T 1 )
热量 dT Q dAPdM V mRd T VV
6
15.2 热力学第一定律
Q
E1
E2
QEA
A
说明 1) 适用范围
热力学系统。 初、末态为平衡态的
过程。
2) 对微小过程：
dQdEdA
3) 热功的转换是靠系统实现的。
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大学物理 I 曹颖
7
4）应用：单位均用焦耳（J ）表示。
符号 Q
A
E
＋ 系统吸热 系统做正功 增加 － 系统放热 系统做负功 减少
用CV 除上式得：
PV 衡量
dP dV 0
PV
V1T 衡量
P 1T 衡 量
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18
三、绝热线 P与V的关系曲线 在A点斜率
(
dP dV
)T
PA VA
(ddVP)S
PA VA
dP (dV)S
dP (dV)T
说明自A 膨胀相同体 积dV 时，dPSdPT
P
dPS
5）热力学一定律的又一种表述： 第一类永动机不可能制造成功。
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8
15. 3 热力学第一定律、等值过程的应用
一、等容过程 气体容积保持不变
元功：
dA PdVM mRTdVV
总功：A V2 mRTdV
M V1 V
mRlTn V2mRlTnP1 M V1 M P2
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内能 dE M mCVd T0(d T0)
Δ E E 2 E 1 0(T 2 T 1 )
热量 dT Q dAPdM V mRd T VV
6
15.2 热力学第一定律
Q
E1
E2
QEA
A
说明 1) 适用范围
热力学系统。 初、末态为平衡态的
过程。
2) 对微小过程：
dQdEdA
3) 热功的转换是靠系统实现的。
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7
4）应用：单位均用焦耳（J ）表示。
符号 Q
A
E
＋ 系统吸热 系统做正功 增加 － 系统放热 系统做负功 减少
用CV 除上式得：
PV 衡量
dP dV 0
PV
V1T 衡量
P 1T 衡 量
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三、绝热线 P与V的关系曲线 在A点斜率
(
dP dV
)T
PA VA
(ddVP)S
PA VA
dP (dV)S
dP (dV)T
说明自A 膨胀相同体 积dV 时，dPSdPT
P
dPS
5）热力学一定律的又一种表述： 第一类永动机不可能制造成功。
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15. 3 热力学第一定律、等值过程的应用
一、等容过程 气体容积保持不变
大学物理~热力学基础
气体的内能
E i RT
2
(内能是态函数！)
气体的内能的增量
E i RT
2
二. 功
热量
P
S
dl
（1）功
计算系统在准静态膨胀过程中所作的功： dW F dl P S dl PdV
当活塞移动一段有限距离时
压强作功
W V2 P dV V1
V2
W PdV
热机发展简介
1698年萨维利和1705年纽可门先后发 明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了 效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努 力，从理论上研究热机效率问题， 一方面 指明了提高效率的方向， 另一方面也推动 了热学理论的发展 .
各种热机的效率
大型柴油机效率
通过外界对系统作功的方法，提高系统的温 度，当系统的温度高于外界时，系统将当初所 吸的热量及由外界作功所转变的内能全部交还 给外界，系统恢复了原状。
外界呢？总能量没减少，但原来付出的机械能 变成了热能，外界没有恢复原状。所以
结论
热量从高温物体传到低温物 体的过程是不可逆的！
（3）气体的自由膨胀过程
dQ dE CV ( dT )V (dT )V
∵
1mol理想气体dE=
i 2
RdT
∴
Cv
=
i 2
R
（i为分子自由度）
所以，理想气体内能表达式又可写成
E CvT
2.定压摩尔热容量（Cp）：
1mol气体在定压过程中吸收热量dQ与温度的变化dT之比
Cp
dQ ( dT )p
dE+PdV ( dT )p
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
3.其它表述： 第一类永动机是不可能制成的。 第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初态 （不消耗内能），不从外界吸热，只对外做功
重力型
蓄水槽 发电机
电池
泵
蓄水槽
即：E 0 , Q 0 , A 0
浮力型 毛细型 子母型 ……
违反热力学第一定律.，所以不可能成功。
14
二. 对理想气体的应用
等值过程 绝热过程
dV0 等体过程
dp 0 等压过程
dT0 等温过程
dQ 0
1. 等体过程 （dV=0 V=c )
1）过程方程
查理定律
p1 T1 p2 T2
.
15
2） 热力学第一定律的具体形式
ApdV0
Q
M
CV T
E M i RT
2
3）等体摩尔热容
吸热全部用于增加内能：
M
EQ CVT
注意：
M
E CVT
适用于理想气体的一切 过程。
热力学第一定律
.
12
§20.2 热力学第一定律及其应用 一. 热力学第一定律 1. 数学形式：
Q(E 2E 1)A
系统从外界吸热=内能增量+系统对外界做功 微小过程： dQ=dE +dA
微小量 增量 微小量
准静态： dQ=dE+pdV
理想气体：
dQMi RdTpdV
2
.
13
2.物理意义： 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。
开放系统： 与外界有 m、E 交换
封闭系统：与外界有 E 交换，无 m 交换
孤立系统： 与外界无 E、m 交换
例 绝 热
开放系统
封闭系统
孤立系统
.
5
二、状态参量、 热力学过程
热力学研究热力学系统的状态及状态变化
1. 描述系统宏观性质的物理量，如：p、T、V、E ...
称为系统的状态参量。
广延量 m,有可加如 性V， 、E
V2
M
A pdVp(V2V1)RT
V1
M
Q C pT
QpVE
M
E CVT
.
17
3) 等压摩尔热容
由M CpTM CVTM RT 得：
Cp CV R
迈耶公式
Cp
i RRi2R
2
2
Cp i 2 1
CV
i
泊松比
单原子分子气体 双原子刚性分子
Cp5 2R2.8 0 Jm-o 1K l1 Cp7 2R2.1 9 Jm-o 1K l1
3
3)相互关系：互相补充，相辅相成 热力学－ 宏观理论，基本结论来自实验事实，普遍可靠，
但不能解释其本质 解释 验证
统计物理－ 微观理论，揭示热现象本质
热力学第一定律 的创始人
热力学第二定律 的创始人
.
4
§20.1 热力学基本概念
一、热力学系统 外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。 与其比邻的环境称为外界
热力学第一定律和第二定律
当一个科学家发现，自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙，他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的。
－－－杨振宁
结构框图
热力学系统 内能变化的 两种量度
功 热量
等值过程
热力学
应用
第一定律 （理想气体）
热力学
绝热过程 循环过程
第二定律 （对热机效率的研究） 卡诺循环
循环过程的功
.
10
思考： 是V 否 2V 1 则 1 由 2 的任A 何 0?过
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
2.热量
比热
中学： Q c( M T 2 T 1)c M T
定义：
热容： C cMQ C T
摩尔热容： Cc
M
QCT
等压摩尔热容：
Cp
(
dQ dT )dp0
.
1.67 1.40
18
讨论： 为什 Cp么 CV?
设系统 T1 由 T2 (T2T1)，无论何 E种 相过 同程 。
若 V cA 0Q 1E
强度量 无可加性，如 p、T
状态参量有确定值的状态——平衡态
2、系统状态变化——热力学过程
例：气体自状态不 是平衡态
. 驰 豫 时1间04s
准静态过程： （平衡过程） 过程进行得足够 缓慢 中间状态 ~ 平衡态
6
3. 相平面 相图 以状态参量为坐标变量 —— 相平面、 相空间 例：等温、等压、等体过程的相图
.
1
重点： 内能、功、热量、摩尔热容，泊松比 热力学第一定律 热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温 过程，绝热过程，和各种循环过程。 卡诺循环 热机效率和制冷系数 热力学第二定律
难点： 热力学概率，热力学第二定律的统计意义
.
2
前言 热学发展历史的两大特征： •技术——物理——技术模式 •两种研究方法——两种理论
V
相图中的点——对应平衡态
相图中的线——对应平衡过程
.
7
三、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 1.系统内能 E
指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 EE(T,V)
理想气体 EM 2i RTE(T)
(刚性分子)
2. 内能E 是状态函数 内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无 关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。
注意：
等体摩尔热容：
CV
(
dQ dT )dV0
.
热量是过程量
11
3. A 与 Q 比较
E改变 方式
特点
做功
与宏观位移相联系
通过非保守力做功 实现
与温差相联系， 热传递 通过分子碰撞实现
能量转换
量度
机械
运动
热运动
A
热运动 热运动 Q
在系统状态变化过程中，A、Q、△E 间数量关系
包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律
由
Mi
M
RT 2
CVT
得
i CV 2 R
单原子分子气体 CV2 3R1.2 5Jm-o 1K l-1
双原子分子（刚性） CV . 5 2R2.0 8Jm-o 1K l1
16
2. 等压过程 （ dp=0 p=c )
1) 过程方程 盖.吕萨克定律
V1 T1 V2 T2
2) 热力学第一定律的具体形式
.
8
做功 3. 内能变化方式
热传递
四、功和热量
1. 准静态过程的体积功
d A F d l pd lS p d V
V2
A pdV
V1
注意：非静态过程不适用
.
9
V2
示功图： p - V 图上过程曲线下的面积 A pdV
V1
dA
系统对外界做功
外界对系统做功
若d V 0d A 0 d V0 d A 0 dV0 dA0
1)微观理论－《统计物理》
物质的微观结构 统计方法 确定宏观量与微观量的联系， 粒子的热运动 平均效果 描述热现象的规律和本质
由基本假设
构造性理论
2)宏观理论－《热力学》
观测 归纳 热现象基本定律，宏观过程进行的
实验
方向和限度，不涉及微观本质
由现象出发
原理性理论
永动机是不可能成功的
自然遵循什么法则
.
重力型
蓄水槽 发电机
电池
泵
蓄水槽
即：E 0 , Q 0 , A 0
浮力型 毛细型 子母型 ……
违反热力学第一定律.，所以不可能成功。
14
二. 对理想气体的应用
等值过程 绝热过程
dV0 等体过程
dp 0 等压过程
dT0 等温过程
dQ 0
1. 等体过程 （dV=0 V=c )
1）过程方程
查理定律
p1 T1 p2 T2
.
15
2） 热力学第一定律的具体形式
ApdV0
Q
M
CV T
E M i RT
2
3）等体摩尔热容
吸热全部用于增加内能：
M
EQ CVT
注意：
M
E CVT
适用于理想气体的一切 过程。
热力学第一定律
.
12
§20.2 热力学第一定律及其应用 一. 热力学第一定律 1. 数学形式：
Q(E 2E 1)A
系统从外界吸热=内能增量+系统对外界做功 微小过程： dQ=dE +dA
微小量 增量 微小量
准静态： dQ=dE+pdV
理想气体：
dQMi RdTpdV
2
.
13
2.物理意义： 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。
开放系统： 与外界有 m、E 交换
封闭系统：与外界有 E 交换，无 m 交换
孤立系统： 与外界无 E、m 交换
例 绝 热
开放系统
封闭系统
孤立系统
.
5
二、状态参量、 热力学过程
热力学研究热力学系统的状态及状态变化
1. 描述系统宏观性质的物理量，如：p、T、V、E ...
称为系统的状态参量。
广延量 m,有可加如 性V， 、E
V2
M
A pdVp(V2V1)RT
V1
M
Q C pT
QpVE
M
E CVT
.
17
3) 等压摩尔热容
由M CpTM CVTM RT 得：
Cp CV R
迈耶公式
Cp
i RRi2R
2
2
Cp i 2 1
CV
i
泊松比
单原子分子气体 双原子刚性分子
Cp5 2R2.8 0 Jm-o 1K l1 Cp7 2R2.1 9 Jm-o 1K l1
3
3)相互关系：互相补充，相辅相成 热力学－ 宏观理论，基本结论来自实验事实，普遍可靠，
但不能解释其本质 解释 验证
统计物理－ 微观理论，揭示热现象本质
热力学第一定律 的创始人
热力学第二定律 的创始人
.
4
§20.1 热力学基本概念
一、热力学系统 外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。 与其比邻的环境称为外界
热力学第一定律和第二定律
当一个科学家发现，自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙，他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的。
－－－杨振宁
结构框图
热力学系统 内能变化的 两种量度
功 热量
等值过程
热力学
应用
第一定律 （理想气体）
热力学
绝热过程 循环过程
第二定律 （对热机效率的研究） 卡诺循环
循环过程的功
.
10
思考： 是V 否 2V 1 则 1 由 2 的任A 何 0?过
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
2.热量
比热
中学： Q c( M T 2 T 1)c M T
定义：
热容： C cMQ C T
摩尔热容： Cc
M
QCT
等压摩尔热容：
Cp
(
dQ dT )dp0
.
1.67 1.40
18
讨论： 为什 Cp么 CV?
设系统 T1 由 T2 (T2T1)，无论何 E种 相过 同程 。
若 V cA 0Q 1E
强度量 无可加性，如 p、T
状态参量有确定值的状态——平衡态
2、系统状态变化——热力学过程
例：气体自状态不 是平衡态
. 驰 豫 时1间04s
准静态过程： （平衡过程） 过程进行得足够 缓慢 中间状态 ~ 平衡态
6
3. 相平面 相图 以状态参量为坐标变量 —— 相平面、 相空间 例：等温、等压、等体过程的相图
.
1
重点： 内能、功、热量、摩尔热容，泊松比 热力学第一定律 热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温 过程，绝热过程，和各种循环过程。 卡诺循环 热机效率和制冷系数 热力学第二定律
难点： 热力学概率，热力学第二定律的统计意义
.
2
前言 热学发展历史的两大特征： •技术——物理——技术模式 •两种研究方法——两种理论
V
相图中的点——对应平衡态
相图中的线——对应平衡过程
.
7
三、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 1.系统内能 E
指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 EE(T,V)
理想气体 EM 2i RTE(T)
(刚性分子)
2. 内能E 是状态函数 内能变化ΔE只与初末状态有关，与所经过的过程无 关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。
注意：
等体摩尔热容：
CV
(
dQ dT )dV0
.
热量是过程量
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3. A 与 Q 比较
E改变 方式
特点
做功
与宏观位移相联系
通过非保守力做功 实现
与温差相联系， 热传递 通过分子碰撞实现
能量转换
量度
机械
运动
热运动
A
热运动 热运动 Q
在系统状态变化过程中，A、Q、△E 间数量关系
包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律
由
Mi
M
RT 2
CVT
得
i CV 2 R
单原子分子气体 CV2 3R1.2 5Jm-o 1K l-1
双原子分子（刚性） CV . 5 2R2.0 8Jm-o 1K l1
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2. 等压过程 （ dp=0 p=c )
1) 过程方程 盖.吕萨克定律
V1 T1 V2 T2
2) 热力学第一定律的具体形式
.
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做功 3. 内能变化方式
热传递
四、功和热量
1. 准静态过程的体积功
d A F d l pd lS p d V
V2
A pdV
V1
注意：非静态过程不适用
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V2
示功图： p - V 图上过程曲线下的面积 A pdV
V1
dA
系统对外界做功
外界对系统做功
若d V 0d A 0 d V0 d A 0 dV0 dA0
1)微观理论－《统计物理》
物质的微观结构 统计方法 确定宏观量与微观量的联系， 粒子的热运动 平均效果 描述热现象的规律和本质
由基本假设
构造性理论
2)宏观理论－《热力学》
观测 归纳 热现象基本定律，宏观过程进行的
实验
方向和限度，不涉及微观本质
由现象出发
原理性理论
永动机是不可能成功的
自然遵循什么法则
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