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
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
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，
大学物理2详解PPT课件
第9章 热力学基础
第9章 热力学基础
第9章 热力学基础
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 §9-2 理想气体的状态方程 §9-3 热力学第一定律 内能 功 热量 §9-4 热力学第一定律的应用 §9-5 理想气体的绝热过程 §9-6 循环过程和卡诺循环 §9-7 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理
热学系统所包含分子数的数量级为 1023 , 若用 r 、v 去描写就要解 1023 个牛顿方程， 这是不可能的。
热学规律从本质上不同于力学规律。 研究对象数量的增加必然引起物理规律 的变化，这就是哲学上的从量变到质变。
热现象服从统计规律。
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 第9章 热力学基础
温标 —— 温度的数值表示法。
摄氏温标： t ℃ 冰点为 0℃ 热力学(开氏)温标： T K 冰点为 273.15K 绝对零度：T = 0 K
水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16 K
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 第9章 热力学基础
4. 热力学第零定律——测温原理 热平衡 (thermal equilibrium)：两个物体互相热接触， 经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热 平衡状态。 热力学第零定律 (Zeroth law of thermodynamics)：如 果两个系统分别与处于确定状态下的第三个系统达到热 平衡，则这两个系统彼此也必处于热平衡。
p1V1 p2V2 恒量 (质量不变)
T1
T2
p,V,Tp0,V0,T0(标 准)状 态
T0 273.1K5
p01.013 12055Pa
m V0 M Vmol
Vmol2.4 210 3m 3 pVp0V0 mp0Vmol
第9章 热力学基础
第9章 热力学基础
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 §9-2 理想气体的状态方程 §9-3 热力学第一定律 内能 功 热量 §9-4 热力学第一定律的应用 §9-5 理想气体的绝热过程 §9-6 循环过程和卡诺循环 §9-7 热力学第二定律和不可逆过程 卡诺定理
热学系统所包含分子数的数量级为 1023 , 若用 r 、v 去描写就要解 1023 个牛顿方程， 这是不可能的。
热学规律从本质上不同于力学规律。 研究对象数量的增加必然引起物理规律 的变化，这就是哲学上的从量变到质变。
热现象服从统计规律。
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 第9章 热力学基础
温标 —— 温度的数值表示法。
摄氏温标： t ℃ 冰点为 0℃ 热力学(开氏)温标： T K 冰点为 273.15K 绝对零度：T = 0 K
水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16 K
§9-1 热力学系统 平衡态 准静态过程 第9章 热力学基础
4. 热力学第零定律——测温原理 热平衡 (thermal equilibrium)：两个物体互相热接触， 经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热 平衡状态。 热力学第零定律 (Zeroth law of thermodynamics)：如 果两个系统分别与处于确定状态下的第三个系统达到热 平衡，则这两个系统彼此也必处于热平衡。
p1V1 p2V2 恒量 (质量不变)
T1
T2
p,V,Tp0,V0,T0(标 准)状 态
T0 273.1K5
p01.013 12055Pa
m V0 M Vmol
Vmol2.4 210 3m 3 pVp0V0 mp0Vmol
大学物理热学第十三章 热力学基础 PPT
Mayer公式
•摩尔热容比
CP,m i 2
CV ,m i
泊松比
CV ,m
i 2
R
Cp,m
CV ,m
R
i
2 2
R
单原子分子理想气体 i 3 1.67
双原子分子理想气体 i 5 1.40
多原子分子理想气体 i 6 1.33
pV m RT RT
M
Q CV ,m (T2 T1)
•过程曲线: p b T2
0
a T1 V
吸收得热量全部用来内能增加;或向外界放热以内能减小为代 价;系统对外不作功。
3、理想气体定体摩尔热容 CV ,m
•定义:1mol、等体过程升高1度所需得热量
•等体过程吸热 QV CV ,m (T2 T1)
•等体过程内能得增量
E
QV
i 2
R
T2
T1 CV ,m T2
13-1 准静态过程 功 热量
一、准静态过程
可用Ｐ－V 图上得一条有
方向得曲线表示。
二、功
准静态过程系统对外界做功:
元功: dW Fdl pSdl pdV
dl
系统体积由V1变 为V2,系统对外 界作总功为:
V2
W＝ pdV
V1
p F S pe
光滑
注意:
V2
W＝ pdV
V1
1、V ，W>0 ；V ，W<0或外界对系统作功 ，V不变时W=0
V2 PdV
V1
i CV ,m 2 R
CP,m
CV ,m
CP,m CV ,m R
等容 等压
WV 0
QV CV ,m (T2 T1) E
QP Cp,m (T2 T1) CV ,m (T2 T1) P(V2 V1) WP P(V2 V1) R(T2 T1)
大学物理热力学基础
2.过程方程：
V T
=
const.
P
等压膨胀
1
2
3.过程曲线：
o V1
V2
V
2
4.能量转换关系： W = 1 P dV = P(V2 - V1)
Q PC P(T 2T 1) EC V(T 2T 1)
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
1
1.特点： T = const.
等温膨胀
2.过程方程： P V = const.
2
3.过程曲线：
o V1
V2 V
4.能量转换关系： E = 0
Q= W
2
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。
=
CP CV
=
i +2 i
>1
对单原子分子， i = 3， = 1.67 对双原子分子， i = 5， = 1.40 对多原子分子， i = 6， = 1.33 (以上均为刚性理想气体分子)
12
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§7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用
一.等容过程(isochoric process)
所以循环过程的效率为：
1Q2 17p2(V1V2)
Q1
5V`1(p1p2)
29
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大学物理热学完整ppt课件
大学物理热学完整ppt课件
contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
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目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
大学物理下册第十一章 热力学基础
1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整 个过程。
准静态循环过程 ~ p-V图中的闭合曲线
p 正
O 2. 共同特征
E0
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环 V
热力学第一定律： Q净 W净
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
W
O V1
V2
V
特征：
T2
Q净Q吸Q放
W净W对外 W外对系
第十一章 热力学基础
§11—1 内能 功 热量 一.热力学系统（系统）
需研究的对象——气、液、固，也称为工作物质。 以理想气体为系统，与之相互作用的环境称为外界。
二、内能
１．内能：大量分子的平均动能与分子间相互作用 的势能的总和．
实际气体：E=E (T,V )
对于理想气体，由于分子间无相互作用力，所以，理想气体
a. EM mCVT0
V2
m V 2
dV
b .
W p pdV
V1
M V 1
RT
V
m RT ln V 2 m RT ln p1
M
V1 M
p2
T Q
恒温热源 T
p
p1
(p1,V1,T)
P1V 1
ln
V2 V1
P2V 2
ln
V2 V1
P1V 1 ln
P1 P2
P2V 2 ln
P1 P2
(p2,V2,T)
PdVP1V1P2V2
1
系统要对外做功，必须以牺牲自身的内 能为代价．
p
4．P-V 图: 一条曲线.
绝热线比等温线陡.
绝热线 A
8大学物理 热力学第一定律PPT课件
室温下气体的 值
气体
He Ar H2 N2 O2 CO H2O CH4
理论值 (i2)/i 1.67 1.67 1.40 1.40 1.40 1.40 1.33 1.33
实验值 1.67 1.67 1.41 1.40 1.40 1.29 1.33 1.35
p
等 压
p
(p,V1,T1) (p,V2,T2)
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
W A 1 B Q A 1 B W A 2 B Q A 2 B W A 1 B 2 A Q A 1 B 2 A 0
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 .
EE(T)mi RT M2
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 .
外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有 Q （ E 2 E 1 ） A
Q E A E 2E 1A热力学第一定律 The first law of thermodynamics：系统在任一过程中 吸收的热量等于系统内能增量和系统对外作功之和。
第一定律的符号规定
Q
系统吸热 系统放热
E2 E1
内能增加
在此过程中系统向外界放出热量
18.3 热力学第一定律在等值过程中的应用 热容
计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础
（1） pV m RT （理想气体的共性） M
dQdEpdV 解决过程中能
（2） QE V2 pdV 量转换的问题 V1
（3）EE(T)mi RT（理想气体的状态函数） M2
（4） 各等值过程的特性 .
第11章 大学物理热力学基础
20
例: 一卡诺循环热机，高温热源的温度是400K，每一循 环从此热源吸进100J热量并向一低温热源放出80J热量。 求（1）这循环的热机的效率；（2）低温热源的温度。 解：（1）这循环的热机的效率为：
Q放 % Q吸
（2）设低温热源的温度T2，有
Q放 T % Q吸
（2）每一循环中外界必须作的功 Q吸 T2 w T1 T2 A
A 200J
22
§11.7 热力学第二定律的统计意义
一、热力学第二定律的微观解释
1、宏观状态与微观状态 宏观看：
左、右两部分各有多少粒子 而不去区分究竟是哪个粒子 微观上看： 具体哪个粒子在哪？ 编号为 a b c d
左
宏观态
20世纪六七十年代以后，自从“大爆炸”宇宙模型 逐渐得到天体物理学界公认以来，“热寂”说这朵 漂浮在物理学上空的“乌云”逐渐云开雾散，人类 曾一度阴霾笼罩的心头终于迎来了一片朗朗晴空。
33
“大爆炸”宇宙模型
该理论认为，宇宙大约是在100—200亿年以前，从 高温高密的物质与能量的“大爆炸”而形成。随着 宇宙的不断膨胀，其中的温度不断降低，物质密度 也不断减小，逐渐衍生成众多的星系、星体、行星 等，直至出现生命。宇宙大爆炸理论是20世纪科学 研究的重大成就，是基于几十年的创新实验与理论 研究的结果。因而获得了科学界的公认，并成为现 代宇宙学的标准模型。
几率大的宏观态最易出现。 (平衡态)
1 4 6 4 1
1 4 6 4 1
在一孤立系统内，一切实际过程都是从概率小（微 观态小）的状态向概率大的宏观态（微观态多）进 行的 ——为热力学第二定律的统计意义
25
4. 热二律的微观解释 自发过程的方向性 如 自由膨胀
例: 一卡诺循环热机，高温热源的温度是400K，每一循 环从此热源吸进100J热量并向一低温热源放出80J热量。 求（1）这循环的热机的效率；（2）低温热源的温度。 解：（1）这循环的热机的效率为：
Q放 % Q吸
（2）设低温热源的温度T2，有
Q放 T % Q吸
（2）每一循环中外界必须作的功 Q吸 T2 w T1 T2 A
A 200J
22
§11.7 热力学第二定律的统计意义
一、热力学第二定律的微观解释
1、宏观状态与微观状态 宏观看：
左、右两部分各有多少粒子 而不去区分究竟是哪个粒子 微观上看： 具体哪个粒子在哪？ 编号为 a b c d
左
宏观态
20世纪六七十年代以后，自从“大爆炸”宇宙模型 逐渐得到天体物理学界公认以来，“热寂”说这朵 漂浮在物理学上空的“乌云”逐渐云开雾散，人类 曾一度阴霾笼罩的心头终于迎来了一片朗朗晴空。
33
“大爆炸”宇宙模型
该理论认为，宇宙大约是在100—200亿年以前，从 高温高密的物质与能量的“大爆炸”而形成。随着 宇宙的不断膨胀，其中的温度不断降低，物质密度 也不断减小，逐渐衍生成众多的星系、星体、行星 等，直至出现生命。宇宙大爆炸理论是20世纪科学 研究的重大成就，是基于几十年的创新实验与理论 研究的结果。因而获得了科学界的公认，并成为现 代宇宙学的标准模型。
几率大的宏观态最易出现。 (平衡态)
1 4 6 4 1
1 4 6 4 1
在一孤立系统内，一切实际过程都是从概率小（微 观态小）的状态向概率大的宏观态（微观态多）进 行的 ——为热力学第二定律的统计意义
25
4. 热二律的微观解释 自发过程的方向性 如 自由膨胀
大学物理 热力学基础详解
解：等压过程 A= pΔV=(M /Mmol)RΔT
内能增量
双原子分子 ∴
i i E ( M / M ) R T A mal 2 2
1 J Q E A iA A 7 2
i 5
3、等温过程:（dT=0) 内能： E=0
M P M V 1 2 RT ln A PdV RT ln V M P 1 M V mol 2 m ol 1
理想极限：将砝码无限 细分，足够缓慢地取走 它们，在 PV 图上
可得一曲线。
P
1
2
V
砂子 活塞 气体
p
p1
p2
1 (p , V , T ) 1 1 1
, V , T ) 2 (p 2 2 2
o
V1
V2
V
这种进行得足够缓慢， 以至于连续经过的每一 个中间过程
近似地看成平衡态的过 程称为准静态过程。
对于准静态过程，系统所经历
（3）、（4）、(5)式称为绝热方程 （或泊松公式）。
注意：式中的各常数不相同！！！
绝热线比等温线陡 (1)、等温：PV=const
0 (2)、绝热： PV const
PA dp A点的斜率： dVa V A
PA dp A点的斜率： VA dV T
一、内能 E（焦耳J）
理想气体内能：
内能是状态参量
M i E RT Mmol 2
T 的单值函数。
p Ⅰ E
内能的增量 E ＝ E － E 2 1
只取决于系统的始末状态， 而与过程无关。
E
Ⅱ V
系统内能改变的两种方式: 做功 热传递
1、 功是能量传递与转化的量度。 功是过程量而非态函数。两个平衡态之间可经历 不同的过程，系统所做的功不同。 2、热量是系统与外界存在温度差而传递的能量
内能增量
双原子分子 ∴
i i E ( M / M ) R T A mal 2 2
1 J Q E A iA A 7 2
i 5
3、等温过程:（dT=0) 内能： E=0
M P M V 1 2 RT ln A PdV RT ln V M P 1 M V mol 2 m ol 1
理想极限：将砝码无限 细分，足够缓慢地取走 它们，在 PV 图上
可得一曲线。
P
1
2
V
砂子 活塞 气体
p
p1
p2
1 (p , V , T ) 1 1 1
, V , T ) 2 (p 2 2 2
o
V1
V2
V
这种进行得足够缓慢， 以至于连续经过的每一 个中间过程
近似地看成平衡态的过 程称为准静态过程。
对于准静态过程，系统所经历
（3）、（4）、(5)式称为绝热方程 （或泊松公式）。
注意：式中的各常数不相同！！！
绝热线比等温线陡 (1)、等温：PV=const
0 (2)、绝热： PV const
PA dp A点的斜率： dVa V A
PA dp A点的斜率： VA dV T
一、内能 E（焦耳J）
理想气体内能：
内能是状态参量
M i E RT Mmol 2
T 的单值函数。
p Ⅰ E
内能的增量 E ＝ E － E 2 1
只取决于系统的始末状态， 而与过程无关。
E
Ⅱ V
系统内能改变的两种方式: 做功 热传递
1、 功是能量传递与转化的量度。 功是过程量而非态函数。两个平衡态之间可经历 不同的过程，系统所做的功不同。 2、热量是系统与外界存在温度差而传递的能量
大学物理热力学基础
PV const.
泊松公式
20
由理想气体状态方程: PV=恒量
PV M RT
V-1T=恒量
绝热方程（泊松方程）
P-1 T-=恒量
P
根据泊松公式，在P-V图
等温
上可画出理想气体绝热
绝热
过程所对应的曲线，称为
绝热线。
O
V
绝热线比等温线更陡?
21
准静态绝热过程功的计算
除了借助第一定律计算功外，对于准静态绝热
n = 1 —— 等温过程 n = —— 绝热过程 n = 0 —— 等压过程 n = —— 等容过程 一般情况1 n ，多方过程可近似代表气体内 进行的实际过程。
26
与绝热过程功的计算类似，对于多方过程，有
1 W n 1 (P2V2 P1V1 )
P
n n
n 1
n0
V
27
[例] 一定质量的理想气体系统
16
引入 表示定压热容与定容热容的比值，即
绝热系数
三 比热容
Cp 1 2
Cv
i
定义 : C dQ 为系统热容 dT
J K 1
c为单位质量的热容 比热容 J K 1 kg1
则: C mc
17
§ 13.4 理想气体的等温过程和绝热过程
一.等温过程 T=恒量，dT=0，E=o。则
.A
Q E W
PaPT
. C 等温
.
绝热
等温过程中,使压强降低ｇ的 原因只有一个------V增大。
O
B
V
V
绝热过程中,使压强降低的原因有两个:
(1)V增大,密度减小.
(2)内能减少,温度降低.
Pa PT 故绝热线比等温线陡! 24
大学物理5-1热力学第一定律
§1.准静过程
2. 热力学过程: 系统状态的变化过程。 准静态过程：每一个中间状态都是平衡 态的热力学过程。
驰豫时间
系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间.
如果过程进行的时间t > , 系统来得及恢
复平衡态, 可视为准静态过程；
如果过程进行的时间t < , 系统来不及恢
复平衡态, 则为非准静态过程；
因此，可以引进一个与过程无关的态 函数，称为内能。 U U(T ,V )
内能的增量（终态2与初态1之间的差 值）等于绝热过程中系统对外界所作功 的负值。 U2 U1 A绝热
3. 热力学第一定律
设一热力学系统，初始时 内能为U1, 如果系统吸热， 使系统内能增加到U2，系 统对外作功A, 由能量守恒 与转换定律
热力学第一定律对微小过程的应用
dQ dU dA
二、热力学第一定律
1. 功的表达式
dA PSdl PdV
A V2 PdV V1
其物理意义为p V图上 过程曲线与V轴所包的面积
体积膨胀，系统对外作正功， 体积缩小，系统对外作负功，
功与过程有关。
2.内能是态函数 大量实验事实表明：绝热隔离体系从
确定的初态到确定的末态，永远完成同样大小的功。
第四章 热力学基础
第一节 热力学第零定律
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都 与第三个热力学系统处于热平衡, 则它 们彼此也必定处于热平衡。
定律表明：一切互为热平衡的系统具有 相同的宏观性质 ---- 温度
第二节 热力学第一定律
一、热力学系统与热力学过程 1. 热力学系统：由大量分子所组成的宏观体系。 孤立系统：与外界环境没有任何相互作用. 封闭系统：与外界没有物质交换. 绝热系统：与外界没有热量交换.
2. 热力学过程: 系统状态的变化过程。 准静态过程：每一个中间状态都是平衡 态的热力学过程。
驰豫时间
系统从非平衡态过渡到平衡态所用的时间.
如果过程进行的时间t > , 系统来得及恢
复平衡态, 可视为准静态过程；
如果过程进行的时间t < , 系统来不及恢
复平衡态, 则为非准静态过程；
因此，可以引进一个与过程无关的态 函数，称为内能。 U U(T ,V )
内能的增量（终态2与初态1之间的差 值）等于绝热过程中系统对外界所作功 的负值。 U2 U1 A绝热
3. 热力学第一定律
设一热力学系统，初始时 内能为U1, 如果系统吸热， 使系统内能增加到U2，系 统对外作功A, 由能量守恒 与转换定律
热力学第一定律对微小过程的应用
dQ dU dA
二、热力学第一定律
1. 功的表达式
dA PSdl PdV
A V2 PdV V1
其物理意义为p V图上 过程曲线与V轴所包的面积
体积膨胀，系统对外作正功， 体积缩小，系统对外作负功，
功与过程有关。
2.内能是态函数 大量实验事实表明：绝热隔离体系从
确定的初态到确定的末态，永远完成同样大小的功。
第四章 热力学基础
第一节 热力学第零定律
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都 与第三个热力学系统处于热平衡, 则它 们彼此也必定处于热平衡。
定律表明：一切互为热平衡的系统具有 相同的宏观性质 ---- 温度
第二节 热力学第一定律
一、热力学系统与热力学过程 1. 热力学系统：由大量分子所组成的宏观体系。 孤立系统：与外界环境没有任何相互作用. 封闭系统：与外界没有物质交换. 绝热系统：与外界没有热量交换.
《大学物理》第九章 热力学基础 (2)
吸收热量
m M mol
CV T
m M mol
C p T
m RT ln V2
M mol
V1
或 m RT ln p1
M mol
p2
对外作功
0
pV
或 m RT M mol
m RT ln V2
M mol
V1
或 m RT ln p1
M mol
p2
内能增量
m M mol
CV T
m M mol
CV T
0
pV 常量
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例9-2 设有氧气 8 g，体积为0.4110-3 m3 ，温度为 300 K。如氧气做绝热膨胀，膨胀后的体积为4.110-3 m3 。问：气体做功多少？氧气做等温膨胀，膨胀后 的体积也是4.110-3 m3 ，问这时气体做功多少？
解： m=0.008 kg M =0.032 kg T1=300 K
941 (J)
等温膨胀做功：
A
m M
RT1 ln
V2 V1
1 8.31 300 ln 10 4
1.44 103 (J)
返回 退出
作业 Page70 9-1 9-6
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理想气体热力学过程的主要公式
过程 特征 过程方程
等体 V=常量 p 常量 T
等压 p=常量 V 常量 T
等温 T=常量 pV 常量
C
（3）比较各过程吸热多少？
D
解：（1） A A B A A C A A D
（2）等压过程 E A B 0
O V1
V2 V
等温过程 E A C 0 绝热过程 E A D A A D 0
（3） Q A B Q A C Q A D
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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