大学物理热力学基本概念ppt课件

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。
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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
.
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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
.
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§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
.
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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
.
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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
.
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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
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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
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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
.