大学物理热力学基础PPT
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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
大学物理热学ppt课件
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
大学物理热学ppt课件
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？
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
《大学基础物理学》农科用教材自作ppt课件-03热力学
准静态过程:一个过程， 准静态过程:一个过程，如果任一中间状态都无限 接近于平衡态，则此过程称为准静态过程。 接近于平衡态，则此过程称为准静态过程。 --------“无限缓慢” --------“无限缓慢” 理想化模型！ -------- 理想化模型！ 1.准静态过程的理论意义 准静态过程的理论意义？ 1.准静态过程的理论意义？ 2.准静态过程的实际意义 准静态过程的实际意义？ 2.准静态过程的实际意义？
海 纳 百
系统
T1
系统 （T1）直接与 热源 （T2）有限温差传热的 T2 热传导为非准静态过程
大 道 致
若传热过程“无限缓慢”，或保持系统与 若传热过程“无限缓慢” 外界无穷小温差， 外界无穷小温差，可看成准静态传热过程 。. 系统
T1
T1+3△T △
T1+△T △
T1+2△T △
T2
海 南 大 学
海 南 大 学
大 道 致
第三章 热力学
第3章 热力学基础
海 纳 百
结构框图
理想气体 物态方程 热力学系统 内能变化的 两种量度 准静态 过程 功 热量 应用 热力学 第一定律 （理想气体） 理想气体） （对热机效 热力学 率的研究） 第二定律 率的研究）
等值过程 大 绝热过程 道 循环过程 致 卡诺循环
海 纳 百
P
1
3
大
某过程曲线包围的面积， 某过程曲线包围的面积， 等于此过程的功。 等于此过程的功。
P1
2
3 间接计算法
由热力学第一定律
O
V
V1 V2
道 致
Ｑ＝∆E ＋A →A Ｑ＝∆
通过作功改变系统的热力学状态的微观实质： 分子有规则运动的能量 分子无规则运动的能量
大学物理 第八章 热力学基础
CV
2019/5/21
P.12/42
§8.2 热力学第一定律
热力学基础
§8.2.1 热力学第一定律 本质：包括热现象在内的能量守恒和转换定律。
E2 E1 W Q (E2 E1) W E W
Q
dQ dE dW
Q
E E2 E1
W
+ 系统吸热 内能增加 系统对外界做功
系统放热 内能减少 外界对系统做功
2019/5/21
P.13/42
热力学基础
热力学第一定律适用于任何系统(气液固)的任何过 程(非准静态过程也适用),
Q E PdV
热力学第一定律的另一叙述：第一类永动机 是不可 能制成的。
第一类永动机：Q = 0， E = 0 ，A > 0的机器;
过一系列变化后又回一开始的状态，用W1表示外界对 气体做的功，W2表示气体对外界做的功，Q1表示气体 吸收的热量，Q2表示气体放出的热量，则在整个过程中 一定有（ A ）
A．Q1—Q2=W2—W1 ; B．Q1=Q2
C．W1=W2 ;
D．Q1>Q2
2019/5/21
P.16/42
【例8-4】如图,一个四周绝热的气缸热,力中学基间础 有 一固定的用导热材料制成的导热板C把气缸分 成 A.B 两部分,D是一绝热活塞, A中盛有 1mol He, B中盛有1mol N2, 今外界缓慢地
等压膨胀过程 V2>V1 , A>0 又T2>T1, 即E2-E1>0 ∴Q>0 。气体吸收的热量，一部分用于内能的增加，
一部分用于对外作功；
等压压缩过程 A<0 ， T2<T1, 即E2－E1<0 ∴Q<0 。
大学物理热力学基础-准静态过程-功-热量内能
2
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静 态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变 化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变 化，则该过程也不是准静态过程。
例如：气缸活塞压缩的速
度过快，气体的状态发生
变化，还来不及恢复，P、
F
V、T 无确定关系，则此过
程为不是准静态过程。
3
PA
量为0。 dT 0 2.过程方程 PV C
恒 温 源 T
P 1
P1
3.过程曲线
4.功 A V2 PdV V1
P2 o V1
T
2 V2 V
17
由理想气体状态方程
P m RT
V
RT
V
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
等温过程的功
A RT ln V2 m RT ln V2
m RT ln P1
P2
19
三、等压过程
1.过程特点
系统的压强不变 dP 0
P
2.过程曲线
3.内能增量
E m i RT
2
1
2
P
4.功 压强不变
o
V1
V2 V
A
V2 V1
PdV
P
V2
V1
dV
P (V2 V1 )
PV
20
5.热量
QP E A
m
14
热力学第一定 律在等值过程
中的应用
15
一、等容过程
1.过程特点
V
系统的体积不变 dV = 0
系统对外做功为0 dA = 0 2.过程曲线
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静 态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变 化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变 化，则该过程也不是准静态过程。
例如：气缸活塞压缩的速
度过快，气体的状态发生
变化，还来不及恢复，P、
F
V、T 无确定关系，则此过
程为不是准静态过程。
3
PA
量为0。 dT 0 2.过程方程 PV C
恒 温 源 T
P 1
P1
3.过程曲线
4.功 A V2 PdV V1
P2 o V1
T
2 V2 V
17
由理想气体状态方程
P m RT
V
RT
V
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
等温过程的功
A RT ln V2 m RT ln V2
m RT ln P1
P2
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三、等压过程
1.过程特点
系统的压强不变 dP 0
P
2.过程曲线
3.内能增量
E m i RT
2
1
2
P
4.功 压强不变
o
V1
V2 V
A
V2 V1
PdV
P
V2
V1
dV
P (V2 V1 )
PV
20
5.热量
QP E A
m
14
热力学第一定 律在等值过程
中的应用
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一、等容过程
1.过程特点
V
系统的体积不变 dV = 0
系统对外做功为0 dA = 0 2.过程曲线
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
大学物理热力学基础.
11.01310522.4103
22.7102(J)
Qacb Acb
V(l)
7-3 气体的摩尔热容量
一、热容与摩尔热容的定义： 热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温
度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量（C）
dQ
C dT
表示升高1K所吸收的热量
J K1
单位质量的热容量叫比热容。 CMC比 JK1kg1
摩尔热容量：1 mol 物质的热容量（Cm）
M C Mmol Cm
1mol 物质温度升高1K时所吸收的热量。
JK1mo1
二、理想气体的摩尔热容量
1、理想气体的定容摩尔热容：
dQ CV ( dT )V
( dE dT
)V
理想气体 dE i RdT
2 3
单原子理想气体 CV 2 R
双原子理想气体
1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程
dA PdV dE M M moC lVdT (1)
理想气体状态方程
PV M RT Mmol
对其微分得:
M
PdVVdP RdT Mmol
(2)
联立（1）（2）得：
dP dV0 PV
PV con. s(3t)
（泊松公式）
将 PV cons.与t PV M RT联立得:
准静态过程是一种理想的极限。
三、准静态过程的功和热量
1、体积功的计算
dl
➢当活塞移动微小位移dl 时， 系统对外界所作的元功为：
p F S
➢系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：
A dA V2pdV V1
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功；
例：有1mol理想气体 （1）a b等温，
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（平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能...）
不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 E E(T ,V )
理想气体 E M i RT E(T )
2
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。
热力学第一定律
§5.4 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 (E2 E1) 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
准静态: dQ=dE+pdV
理想气体准 静态过程:
dQ M i RdT pdV
2
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
CV
(
dQ dT
)dV
0
dQ
Cp
( dT
)dp0
3. A 与 Q 比较
E 改变 方式
特点
与宏观位移相联系
做功 通过非保守力做功
实现
能量转换
机械 运动
热运动
量度 A
与温差相联系,
热传递 通过分子碰撞实现 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
§5.1 热力学基本概念
热力学系统 外界
大量粒子组成的宏观、有限的体系； 其相邻环境称为外界。
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
热力学：即热力学系统的状态（宏观物理性质） 及状态变化（宏观物理过程）的规律。
华氏温标
t(C) t(F) 32 100 180
热力学温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 273.16 K
T t 273.16
O
1K 1 C
理想气体温标 在理想气体存在的范围内，它和热力学温标一致
§5.3 内能 功 热量
一、系统内能 E
热力学主要研究系 统能量的转换规律
广义： 系统内所有粒子各种能量总和
思考： 是否 V2 V1 则由1 2的任何过程A 0 ?
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. 热量和热容量 中学 Q cM(T2 T1 ) cMT
比热
热 容 量: C cM
摩尔热容量: C c
注意：热量是过程量
Q CT M
Q C T
等体摩尔热容: 等压摩尔热容：
平衡态、状态参量
一个孤立系统若不受外界影响（无物质和能量交换）， 则系统的宏观特性（如温度、压强等）长时间不随时间改变 的状态称为平衡态。
➢ 描述平衡态的参量称为状态参量，如体积、压强、温度等。 气体处于平衡态的标志是状态参量 P、V、T 各具有确定的量值，
且不随时间变化。
➢ 处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效 果不随时间改变，是一种动态平衡。
同学们好!
第二篇 热 学
研究对象
热现象：与温度有关的物理性质的变化。 热运动：构成宏观物体的大量微观粒子的永不休
止的无规则运动。
热学是研究自然界中一切热现象和热运动规律的学科
根据研究方法和角度的不同
分子物理学（第6章） 热力学 （第5章）
系统的宏观描述与微观描述
它包括分子物理学和热力学两个方面： 分子物理学(更普遍地称为统计物理学):
第5章 热力学基础
热力学的是研究热现象的宏观理论，以大量的经验事实和 实验结果为依据，经过严密的逻辑推理得出物质系统宏观性 质直接的联系，进而揭示热现象的有关规律。
本章教学内容:
◆ 热力学状态及其描述 ◆ 功 热量 内能 循环过程 卡诺循环 ◆* 熵 熵增原理
◆ 热力学第零定律 温度 ◆ 热力学第一定律 ◆ 热力学第二定律 卡诺定理 ◆ * 热力学第三定律
能对热现象本质 进行理论解释
是从物质的微观结构出发，认为物体的宏观性质是大量分子无规
则热运动的平均效果,用统计的方法研究物体的宏观性质。
相
辅
不能阐述热
相
热力学:
现象的本质
成
是从能量守恒和转化的角度来研究热运动规律的，不涉及物质的微 观结构。它根第二定律等)，用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质及 宏观过程进行的方向和限度等。
教学基本要求：
一、掌握内能、功和热量等概念；理解准静态过程.
二、掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、 等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量.
三、理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计 算卡诺循环和其他简单循环的效率.
四、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和 熵增加原理以及热力学第三定律.
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。
即： E 0 Q0 A0
违反热力学第一定律
二、对理想气体的应用
dV 0 等体过程
等值过程 dp 0 等压过程
绝热过程
dT 0 等温过程
dQ 0
1. 等体过程 （dV = 0 V = c )
（1）引入温度参量的实验依据——热力学第零定律
如果物体A、B分别各自与处在同 一状态的物体C达到热平衡，那 么，A与B也处于热平衡。
C
A
B
——热力学第零定律
AB
达到热平衡的物体温度相同
（2）温标 ——温度的数值表示法
温标的分类：
摄氏温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 0 度，沸点为 100 度，中间的温度以水银的体积膨胀为准，单位℃
2. 内能变化方式 二、功和热量
做功 热传递
1. 准静态过程的体积功
dA F dl pSdl pdV
V2
A pdV
V1
注意：非静态过程不适用
示功图：p - V 图上过程曲线下的面积
V2
A pdV
dA
V1
系统对外界做功
外界对系统做功
循环过程的功
若 dV 0 dA 0
dV 0 dA 0 dV 0 dA 0
系统状态变化——热力学过程
非静态过程: 中间状态不是平衡态 准静态过程: 过程进行得足够缓慢
（平衡过程） 中间状态 — 平衡态
例：气体自由膨胀
气体等温膨胀
T
相平面 相图 以状态参量为坐标变量
平衡态 —— 对应相图中的点 平衡过程—— 对应相图中的线
(准静态过程)
例：等温、等压、等体过程的相图
V
§5.2 热力学第零定律 温度
不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 E E(T ,V )
理想气体 E M i RT E(T )
2
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。
热力学第一定律
§5.4 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 (E2 E1) 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
准静态: dQ=dE+pdV
理想气体准 静态过程:
dQ M i RdT pdV
2
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
CV
(
dQ dT
)dV
0
dQ
Cp
( dT
)dp0
3. A 与 Q 比较
E 改变 方式
特点
与宏观位移相联系
做功 通过非保守力做功
实现
能量转换
机械 运动
热运动
量度 A
与温差相联系,
热传递 通过分子碰撞实现 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
§5.1 热力学基本概念
热力学系统 外界
大量粒子组成的宏观、有限的体系； 其相邻环境称为外界。
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
热力学：即热力学系统的状态（宏观物理性质） 及状态变化（宏观物理过程）的规律。
华氏温标
t(C) t(F) 32 100 180
热力学温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 273.16 K
T t 273.16
O
1K 1 C
理想气体温标 在理想气体存在的范围内，它和热力学温标一致
§5.3 内能 功 热量
一、系统内能 E
热力学主要研究系 统能量的转换规律
广义： 系统内所有粒子各种能量总和
思考： 是否 V2 V1 则由1 2的任何过程A 0 ?
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. 热量和热容量 中学 Q cM(T2 T1 ) cMT
比热
热 容 量: C cM
摩尔热容量: C c
注意：热量是过程量
Q CT M
Q C T
等体摩尔热容: 等压摩尔热容：
平衡态、状态参量
一个孤立系统若不受外界影响（无物质和能量交换）， 则系统的宏观特性（如温度、压强等）长时间不随时间改变 的状态称为平衡态。
➢ 描述平衡态的参量称为状态参量，如体积、压强、温度等。 气体处于平衡态的标志是状态参量 P、V、T 各具有确定的量值，
且不随时间变化。
➢ 处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效 果不随时间改变，是一种动态平衡。
同学们好!
第二篇 热 学
研究对象
热现象：与温度有关的物理性质的变化。 热运动：构成宏观物体的大量微观粒子的永不休
止的无规则运动。
热学是研究自然界中一切热现象和热运动规律的学科
根据研究方法和角度的不同
分子物理学（第6章） 热力学 （第5章）
系统的宏观描述与微观描述
它包括分子物理学和热力学两个方面： 分子物理学(更普遍地称为统计物理学):
第5章 热力学基础
热力学的是研究热现象的宏观理论，以大量的经验事实和 实验结果为依据，经过严密的逻辑推理得出物质系统宏观性 质直接的联系，进而揭示热现象的有关规律。
本章教学内容:
◆ 热力学状态及其描述 ◆ 功 热量 内能 循环过程 卡诺循环 ◆* 熵 熵增原理
◆ 热力学第零定律 温度 ◆ 热力学第一定律 ◆ 热力学第二定律 卡诺定理 ◆ * 热力学第三定律
能对热现象本质 进行理论解释
是从物质的微观结构出发，认为物体的宏观性质是大量分子无规
则热运动的平均效果,用统计的方法研究物体的宏观性质。
相
辅
不能阐述热
相
热力学:
现象的本质
成
是从能量守恒和转化的角度来研究热运动规律的，不涉及物质的微 观结构。它根第二定律等)，用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质及 宏观过程进行的方向和限度等。
教学基本要求：
一、掌握内能、功和热量等概念；理解准静态过程.
二、掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、 等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量.
三、理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计 算卡诺循环和其他简单循环的效率.
四、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和 熵增加原理以及热力学第三定律.
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。
即： E 0 Q0 A0
违反热力学第一定律
二、对理想气体的应用
dV 0 等体过程
等值过程 dp 0 等压过程
绝热过程
dT 0 等温过程
dQ 0
1. 等体过程 （dV = 0 V = c )
（1）引入温度参量的实验依据——热力学第零定律
如果物体A、B分别各自与处在同 一状态的物体C达到热平衡，那 么，A与B也处于热平衡。
C
A
B
——热力学第零定律
AB
达到热平衡的物体温度相同
（2）温标 ——温度的数值表示法
温标的分类：
摄氏温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 0 度，沸点为 100 度，中间的温度以水银的体积膨胀为准，单位℃
2. 内能变化方式 二、功和热量
做功 热传递
1. 准静态过程的体积功
dA F dl pSdl pdV
V2
A pdV
V1
注意：非静态过程不适用
示功图：p - V 图上过程曲线下的面积
V2
A pdV
dA
V1
系统对外界做功
外界对系统做功
循环过程的功
若 dV 0 dA 0
dV 0 dA 0 dV 0 dA 0
系统状态变化——热力学过程
非静态过程: 中间状态不是平衡态 准静态过程: 过程进行得足够缓慢
（平衡过程） 中间状态 — 平衡态
例：气体自由膨胀
气体等温膨胀
T
相平面 相图 以状态参量为坐标变量
平衡态 —— 对应相图中的点 平衡过程—— 对应相图中的线
(准静态过程)
例：等温、等压、等体过程的相图
V
§5.2 热力学第零定律 温度