第十二章 热力学基础
热 力 学 基 础 总 结
(CB)
；
(
A nB
)T
,v,nc
(CB)
；
(
G nB
)T
,V
,nc
； (CB)
(
U nB
)
S ,V
,nc
V
(CB)
；
( nB
)T , p,nc
H
(CB)
；
( nB
) S , p,nc
； (CB)
A ( nB )T , p,nc (CB) ；
解： 偏摩尔量：
； ； ； H
( nB )T , p,nc (CB)
• 热力学量变换法(变量变换法)就是将不能用实 验直接测量的量转换为用实验量或状态方程表 示的关系的基本方法。
变量变换法
从研究工作需要来看：
变量变换法是在学科发展中形成的科学方法。 通常在研究工作中会提出许多科学命题，为 寻求解决问题的思路或设计实验，总要想法 进行命题的转换，以利用已有信息或通过实 验进行分析，其间变量变换就是一个有效的 方法，今以实例说明。
解：在水的正常沸点时 1= 2；
在温度为 373.15K 及 202 650 Pa 下
因为 所以
故
(
Gm* p
)T
Vm
＞0
3＞ 1
4＞ 2
4＞ 3＞ 2= 1。
4＞ 3。
计算题
1 一定量纯理想气体由同一始态,分别经绝热可逆 膨胀至(T2,p2, V2)和经绝热不可逆膨胀至(T2',p2',V2')
=
nCV,m dT T
p dV T V
dG= – SdT + Vdp dGT= Vdp
变量变换法
热力学基础知识
热力学基础知识热力学是一门研究能量转化与传递的学科，是自然科学的基础。
热力学的概念源于研究热与功之间的相互转化关系，以及能量在物质之间的传递过程。
本文将通过介绍热力学的基本概念、热力学定律和热力学过程，帮助读者了解热力学的基础知识。
1. 热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观体系，即指由大量微观粒子组成的物质系统。
热力学通过对体系的宏观性质进行观察和测量，来揭示物质和能量之间的关系。
热力学的基本概念包括系统、热、功、状态函数等。
系统是热力学研究的对象，可以是孤立系统、封闭系统或开放系统。
孤立系统与外界不进行物质和能量交换，封闭系统与外界可以进行能量交换但不进行物质交换，开放系统则可以进行物质和能量的交换。
热是能量的一种传递方式，是由高温物体向低温物体传递的能量。
热的传递方式有导热、对流和辐射。
功是对系统做的物质微观粒子在宏观层面的效果，是由于力的作用而引起物体位移的过程中所做的功。
例如，当一个物体被推动时，根据物体受力和运动方向的关系，可以计算出所做的功。
状态函数是由系统的状态决定的宏观性质，不依赖于热力学过程的路径，只与初态和终态有关。
常见的状态函数有温度、压力、体积等。
2. 热力学定律热力学定律是热力学基础知识的核心内容，揭示了宏观物质之间相互作用的规律。
第一定律：能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律表达了能量的守恒关系，即系统的内能变化等于吸收的热量与做的功的差。
第二定律：热力学第二定律描述了自然界的能量传递过程中不可逆的方向。
它说明热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第二定律还提出了热力学箭头的概念，即自然界中某些过程的方向是不可逆的。
第三定律：热力学第三定律说明在绝对零度（0K）下，熵（系统的无序程度）将趋于最低值。
此定律进一步阐述了热力学中的温标和熵的概念。
3. 热力学过程热力学过程描述了系统由一个状态转变为另一个状态的过程。
第12章 热力学基础
（4）第一类永动机
（1）概念：不消耗能量的机器 （2）结果：无一例外地归于失败 （3）原因：违背了能的转化和守恒定律（4） 欧洲早期最著名的一个永动机设计方案是十三 世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。
（1）热力学第二定律两种表述
1.第一种表述：不可能使热量由低温物体传递 到高温物体，而不引起其他变化 （1）按热传导的方向性表述； （2）低温物体不会自动降温，高温物体不会 自动升温； （3）为了使热量从低温物体转移到高温物体， 只能借助于其它方法（空调）。
（1）物体的内能
1．分子的平均动能:物体内所有分子动能的 的平均值。（温度是分子平均动能的唯一 标志） 2．分子的势能： 由分子间的相互作用和相 对位置决定的能。（分子势能的大小与分 子间的距离有关） 3．物体的内能：物体内所有分子做热运动的 动能和分子势能的总和
由于两个分子间的距离变化而使得分子势 能变小，可确定在这一过程中： D A.两分子间相互作用的力一定表现为引力 B.一定克服分子间的相互作用力做功 C.两分子间距离一定增大 D.两分子间的相互作用力可能增大
第二节
内能、热力学定律
考点1：物体的内能 （1）分子平均动能 （2）分子的势能 考点2：热力学第一定律 （1）内能的改变（热传递、做功） （2）第一类永动机 考点3：热力学第二定律 （1）热力学第二定律的两种表述 （2）第二类永动机
（2）第一定律的理解
（1）一般来说系统对外界做功，系统体积膨 胀；外界对系统做功，系统体积则被压缩； （2）在某特定条件下，如气体自由膨胀（外 界为真空）时，气体就没有克服外力做功；
（3）此外，在判断内能变化时，还必须结合 物态变化以及能的转化与守恒。
（3）内能、热量和内能改变
1.内能是物体的状态量，它是物体在某一状态 某一时刻所具有的一种能量； 2.热量是过程量： （1）热量是物体在热传递的过程中内能（热 能）改变量的量度； （2）热量不属于哪一个物体，它量度的是流 通量、交换量； 3.内能的改变是过程量，它可以由做功和热传 递来量度；
2024版大学化学热力学基础课件
大学化学热力学基础课件contents •热力学基本概念与定律•热力学基本量与计算•热力学过程与循环•热力学在化学中的应用•热力学在物理化学中的应用•热力学在材料科学中的应用目录01热力学基本概念与定律孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类状态函数与过程函数状态函数描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。
状态函数的变化只与系统的初、终态有关，与过程无关。
过程函数描述系统变化过程的物理量，如热量、功等。
过程函数的变化与具体的路径有关。
能量守恒定律能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
热力学第一定律表达式ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸热并全部转化为有用功而不引起其他变化。
熵增原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统无序度增加。
02热力学基本量与计算温度是表示物体冷热程度的物理量，是热力学中最重要的基本量之一。
温度的概念温标的定义温度的测量温标是用来衡量温度高低的标准，常见的有摄氏温标、华氏温标和开氏温标等。
温度的测量通常使用温度计，其原理是利用物质的热胀冷缩性质或其他物理效应来测量温度。
030201温度与温标压力的概念压力是单位面积上受到的垂直作用力，是描述气体状态的重要物理量。
体积的概念体积是物体所占空间的大小，对于气体而言，体积通常是指气体所充满的容器的容积。
压力与体积的关系在温度不变的情况下，气体的压力与体积成反比关系，即波义耳定律。
压力与体积030201热量的概念热量是物体之间由于温差而传递的能量，是热力学中重要的基本概念之一。
功的概念功是力在力的方向上移动的距离的乘积，是描述系统能量转化或传递的物理量。
热力学基础
可得
p1V1 p2V2 Aa CV ,m ( ) R R
Aa
( p1V1 p2V2 )
Aa
p1V1 p2V2 1
绝热过程方程的推导
dQ 0 , dA dE
p1
p
1( p1,V1,T1 )
Q0
( p2 ,V2 ,T2 ) 2
2.热力学过程
当热力学系统（大量微观粒子组成的气体、固 体、液体）在外界影响下，从一个状态到另一个状 态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 准静态过程 非静态过程
热力学过程
A、非静态过程
系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中
间态为非平衡态的过程。 当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一 状态都是非平衡态。 系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平 衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平 衡态到新的平衡态，所需的时间为弛豫时间。 即：弛豫时间 是系统从一个平衡态变到相邻平衡态 所经过的时间
p
等 p ( p,V2 ,T2 ) ( p,V1,T1 ) 2 1 压 压 W 缩 o V2 V1 V
p
Qp
E2
E1
W
Qp
E1
W
E2
(3) 等温过程
T 常量 过程方程 pV 常量 dE 0
特征
p p1
1 ( p1,V1, T )
p2
( p2 ,V2 ,T )
2
热力学第一定律
o
恒 温 热 源 T
分子热运动能量
热量
热量也是能量变化的量度 热量随时间变化，也是过程量
功与热量的异同
1）过程量：与过程有关；
热力学基础知识讲解共37页文档
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
《物理课件：热力学基础》
热力学基础PPT大纲： 1. 热力学基本概念介绍 2. 热力学第一定律：能量守恒定律 3. 热力学第二定律：热力学箭头
热力学第三定律：绝对零度
探索绝对零度的奥秘，了解熵在该温度下的行为以及其对热力学的影响。
液氮实验
通过浸入液氮的实验，展示绝对 零度对物态的影响。
冰晶结构
低温室
深入研究绝对零度下的冰晶结构， 揭示其奇特性质。
热泵 转换低温热能为高温热能 工作于低温环境 应用于制冷和空调系统等
蒸汽与燃气轮机原理
探讨蒸汽轮机和燃气轮机的原理，了解它们在能源生产和发电中的关键角色。
蒸汽轮机
详细解释蒸汽轮机的工作原理和 在发电厂中的应用。
燃气轮机
研究燃气轮机和喷气发动机的相 似性，以及它们在空中和陆地上 的应用。
发电厂
深入了解发电厂中蒸汽轮机和燃 气轮机的作用和贡献。
探究低温实验室中的绝对零度研 究设备和技术。
热力学过程：等温、等容、等压、绝热
深入了解不同热力学过程，包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程，以及它们在现实生活中的应用。
等温过程
探索等温过程的特点和热力学运算的方法。
等压过程
研究等压过程中的功和热量变化，以及其在化学 反应中的应Fra bibliotek。等容过程
了解等容过程的条件和在引擎中的应用。
热力学熵与熵变
揭示熵作为热力学量的重要性，了解熵变对系统状态和过程的影响。
1 系统的有序性
探討熵的概念以及高熵和低 熵状态之间的差异。
2 熵的增加
了解为什么自然倾向于增加 熵，并探讨熵的增加与不可 逆性的关系。
3 熵变的计算
深入研究计算熵变的方法，并讨论其在化学反应中的应用。
热力学基础
p
C B D
A
o
V1
V2
V
Q2 CV (TA TD ) CV (TD TA )
式中T 可用绝热方程式换算V 之间关系
24.
致冷机的致冷系数
p
A
c
高温热源
W
d
B
致冷机 低温热源
o
VA
VB V
致冷机（逆循环）
致冷机致冷系数
冰箱循环示意图
二 卡诺循环
卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静 态绝热过程组成 .
绝热Cm =0 ,等温 CT = ∞………
b. 吸放热与T无必然关系
★热量传递与过程有关，也是过程量
3
（3）内能：系统内部的能量 是描述系统状态的一个物理量（系统内所 有分子热运动的能量）
★内能是状态 量，内能的变化 （增量）与经历 过程无关
m i E RT M 2
13-2、热力学第一定律
Q T
等温过程中吸收或放出的热量 与热源温度之比 .
结论 ： 可逆卡诺循环中, 热温比总和为零 .
p
Qi
dQ 0 T
o
1923年5月，普朗克在南 京东南大学作“热力学 当 第二定律及熵之观念” 报告时我国胡复刚教授 将“entropy”译成熵， Qi1 他从它是用温度去除热 V 量变化即求商数出发， 把“商”字加“火”字 旁译成了熵。
三、卡诺定理
以卡诺机为例，有
Q1 Q2 T1 T2 Q1 T1
( 不可逆机 ) （可逆机）
给出提高热机效率的途径和提高效率的局限。
13－7、熵，熵增加原理
一 熵概念的引进 可逆卡诺机
Q1 Q2 T1 T2 Q1 T1
热力学基础
熵增原理：系 统总是朝着熵 增的方向发展， 即系统越来越
混乱。
焓变：表示系统 在过程中吸收或 释放的热量，焓 变等于系统吸收 的热量减去系统
释放的热量。
4
热力学的应用领域
能源和环境
热力学在能源领域的应 用：提高能源利用效率，
减少能源消耗
热力学在环境保护领域 的应用：减少污染，改
善环境质量
热力学在可再生能源领 域的应用：太阳能、风 能、水能等可再生能源
热力学第二定律：熵增原理，表示在一个自发过程中，系统的熵总是增加的。
热力学第三定律：绝对零度定律，表示当温度接近绝对零度时，系统的熵趋于零。
热力学的发展历程
17世纪：热力 学的萌芽阶段， 主要研究热现 象和热力学定 律
18世纪：热力 学的发展阶段， 建立了热力学 第一定律和第 二定律
19世纪：热力 学的成熟阶段， 建立了热力学 第三定律和统 计热力学
能
生物医学工程
热力学在生物医学工程中的应用：如热力学在生物医学仪器设计、生物医学材料研究中的应用。
热力学在生物医学工程中的重要性：如热力学原理在生物医学工程中的指导作用，以及热力学在生物医学工程中的创新应用。
热力学在生物医学工程中的挑战：如热力学在生物医学工程中的难点和挑战，以及如何克服这些挑战。 热力学在生物医学工程中的发展趋势：如热力学在生物医学工程中的发展趋势和前景，以及如何把握这些发展趋势。
热力学基础
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汇报人：XX
目录
热力学的定义 和历史
热力学的四个 基本定律
热力学的基本 概念
热力学的应用 领域
热力学的未来 发展
基础物理学下册【韩可芳】第12章习题答案
第十二章第十二章第十二章第十二章 热力学基础热力学基础热力学基础热力学基础思考题思考题思考题思考题12-1 如何理解功、热量、内能三概念，试讨论它们之间的联系和区别；功可以变成热吗？ 热可以变成功吗？试加以说明。
答答答：答：：：12-2 理想气体状态方程在不同的过程中可以有不同的表述形式： （1）PdV （2）VdP （3）PdV试指出各式所表示的过程。
答答答：答：：：12-3 摩尔数相同的三种理想气体He 、N2和CO热过程，且吸收的热量都相等，问其温度的升高是否相同？压强的增加是否相同？ 答答答：答：：：12-4 保温瓶里的水和外界绝热，所以不会冷却，有人因此得出结论：“在任意绝热过程中 只要系统和外界没有热量交换，系统的温度一定不变。
”此结论正确吗？为什么？ 答答答：答：：：不正确。
可以对外做功而降低。
12-5 一系统能否吸收能量，仅使其内能变化、一系统能否吸收热量，而使其内能不发生变 化？答答答：答：：：（1）可以。
等容变化。
（2）可以，等温做功。
12-6 （1）理想气体在绝热过程中既遵守过程方程PV 为常量），又遵守状态方程 PV = RT（2）分子自由度数不同的两种理想气体，从相同的初态出发，作准静态的绝热膨胀，它们 以后能否再有相同的状态？为什么？ 答答答：答：：：12-7 一循环过程如本题图（a ）所示，试指出三个分过程各是什么过程？图中三角形面积 是否代表这循环所做的功？另一个循环过程如本题图（b ）所示，试指出工作物质在哪个过 程中吸热，在哪个过程中放热？在P-V 图中对上述两个循环过程中作出相应的图示，并指出在每一循环过程中，工作物质所 做的净功是正功还是负功？= RdT = RdT + 2，它们从相同的初态出发，都经历等容吸γM μM M μ μ=c （c，两者有无矛盾？为什么？VdP =0思考题思考题思考题思考题 12-7 图图图图答：答答答：：：12-8 两台可逆机分别使用不同的热源作卡诺循环，在 P-V 图上，它们的正循环曲线所包围的面积相等，如本 题图所示。
大学物理《热力学基础》课件
大学物理《热力学基础》课件一、教学内容1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
二、教学目标1. 掌握热力学基本概念，理解温度、热量、内能、熵等物理量的意义；2. 掌握热力学第一定律，了解做功和热传递在能量传递中的作用；3. 理解热力学第二定律，认识熵增原理及其在实际应用中的重要性；4. 掌握热力学第三定律，了解绝对零度的概念及其对热力学的影响；5. 熟练运用热力学基本方程，分析实际热力学问题。
三、教学难点与重点重点：热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学基本方程；难点：熵增原理的理解，热力学过程的可逆性与不可逆性，绝对零度的概念及应用。
四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、多媒体课件；2. 学具：笔记本、笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过讨论日常生活中的热现象，如热水沸腾、冰块融化等，引导学生思考热力学基本问题；2. 讲解热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等，结合实例进行解释；3. 讲解热力学第一定律：能量守恒定律，通过示例分析做功和热传递在能量传递中的作用；4. 讲解热力学第二定律：熵增原理，讨论热力学过程的可逆性与不可逆性，结合实际例子阐述其重要性；5. 讲解热力学第三定律：绝对零度的概念，分析熵与温度的关系；6. 讲解热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律，通过例题展示如何运用热力学基本方程分析实际问题；7. 随堂练习：布置几道有关热力学基本概念、定律和方程的题目，让学生现场解答，教师点评并讲解；8. 课堂小结：回顾本节课的主要内容，强调热力学基本概念、定律和方程的重要性。
六、板书设计1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
热力学基础
第一章热力学基础目的要求：1. 理解热力学的一些基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程。
2. 明确热力学能和焓的定义及状态函数的特征，理解热力学能变与恒容热，焓变与恒压热之间的关系。
3. 理解热力学第一定律的文字表述，掌握热力学第一定律的数学表达式及其应用。
4. 理解可逆过程及其特征。
5. 明确过程量热和功的正、负，理解体积功、热容、显热、潜热、化学反应热、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。
6. 能熟练地运用热力学第一定律计算系统在理想气体的纯P V T变化、在相变化及化学变化中的应用（计算功、热、热力学能变、焓变）。
7. 能熟练地应用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓求标准摩尔反应焓，能用基尔霍夫公式计算不同温度下化学反应的焓变。
8. 了解自发过程的共同特征。
理解热力学第二定律的文字表达。
9. 了解熵判据的表达式和熵增原理，较熟练地计算单纯P、V、T变化过程、相变和化学反应的熵变。
10. 理解规定摩尔熵、标准摩尔熵，理解标准摩尔反应熵的定义及掌握化学反应熵差的计算。
11. 理解熵的物理意义，了解热力学第三定律、卡诺循环、卡诺定理。
12. 明确亥姆霍兹函数、吉布斯函数的概念，较熟练地计算各种恒温过程的△ G13. 明确熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据应用条件，会用熵判据、吉布斯函数判据判断过程的方向和限度。
14. 了解热力学基本方程及一些重要关系式。
教学重点难点：1. 基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程2 •热力学的状态函数：热力学能、焓、熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数过程量：热和功3 •基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律4 •热力学第一定律对理想气体的状态变化过程、相变过程及化学变化过程的应用（计算Q W △ U>A H）o5 •热力学判据：熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据的具体应用（计算A S A G A F）o教学难点：1 •状态与状态函数2•热力学第一定律、热力学第二定律3•熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据教学内容:第一章热力学基础热力学的研究对象及方法热力学是研究能量相互转化过程中所遵循的规律及各种因素对能量转化的影响的科学。
大学物理气体动理论热力学基础复习题及答案详解
第12章 气体动理论一、填空题：1、一打足气的自行车内胎，若在7℃时轮胎中空气压强为4.0×.则在温度变为37℃，轮胎内空气510pa 的压强是。
（设内胎容积不变）2、在湖面下50.0m 深处（温度为4.0℃），有一个体积为的空气泡升到水面上来，若湖面的531.010m -⨯温度为17.0℃，则气泡到达湖面的体积是 。
（取大气压强为）50 1.01310ppa =⨯3、一容器内储有氧气，其压强为，温度为27.0℃，则气体分子的数密度为50 1.0110p pa =⨯；氧气的密度为 ；分子的平均平动动能为 ；分子间的平均距离为。
（设分子均匀等距排列）4、星际空间温度可达2.7k ，则氢分子的平均速率为 ，方均根速率为，最概然速率为。
5、在压强为下，氮气分子的平均自由程为，当温度不变时，压强为51.0110pa ⨯66.010cm -⨯，则其平均自由程为1.0mm 。
6、若氖气分子的有效直径为，则在温度为600k ，压强为时，氖分子1s 内的82.5910cm -⨯21.3310pa ⨯平均碰撞次数为。
7、如图12-1所示两条曲线(1)和(2),分别定性的表示一定量的某种理想气体不同温度下的速率分布曲线,对应温度高的曲线是 .若图中两条曲线定性的表示相同温度下的氢气和氧气的速率分布曲线,则表示氧气速率分布曲线的是 .8、试说明下列各量的物理物理意义：（1）， （2），12kT 32kT （3）， （4），2ikT 2iRT （5），（6）。
32RT 2M iRT Mmol 参考答案：1、 2、54.4310pa ⨯536.1110m -⨯3、25332192.4410 1.30 6.2110 3.4510m kg m J m----⨯⋅⨯⨯4、2121121.69101.8310 1.5010m s m s m s ---⨯⋅⨯⋅⨯⋅图12-15、 6、 7、（2） ，（2）6.06pa 613.8110s -⨯8、略二、选择题：教材习题12-1，12-2，12-3，12-4. （见课本p207～208）参考答案：12-1～12-4 C, C, B, B.第十三章热力学基础一、选择题1、有两个相同的容器，容积不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（均可看成刚性分子）它们的压强和温度都相等，现将 5 J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是（ ）（A ） 6 J（B ） 5 J（C ） 3 J（D ） 2 J2、一定量理想气体，经历某过程后，它的温度升高了，则根据热力学定理可以断定：（1）该理想气体系统在此过程中作了功；（2）在此过程中外界对该理想气体系统作了正功；（3）该理想气体系统的内能增加了；（4）在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功。
热力学基础
4、热力学能
E1：系统初态能量； E2：系统末态能量； 系统初态能量； 系统末态能量； Q ：外界对系统传递的热量； 外界对系统传递的热量； W’：外界对系统所作的功，则有： ：外界对系统所作的功，则有：
Q +W' = E2 − E1
5、热力学第一定律
用W表示系统对外界所作的功，则有W= -W’, 表示系统对外界所作的功，则有 表示系统对外界所作的功 于是： 于是：
3、定压摩尔热容
1mol物质在压强不变的情况下，温度升高1K 物质在压强不变的情况下，温度升高 物质在压强不变的情况下 所吸收的热量称为定压摩尔热容 定压摩尔热容。 所吸收的热量称为定压摩尔热容。 对于等压过程，由理想气体状态方程： 对于等压过程，由理想气体状态方程：
M pV = RT µ
得：
M pdV = RdT =νRdT µ
dQ = dE + dW
12-2 热容量
1、热容、比热容、摩尔热容
物质温度升高1K吸收的热量称为该物质的热 物质温度升高 吸收的热量称为该物质的热 容量，简称热容 定义为： 热容。 容量，简称热容。定义为：
dQ C= dT
单位：J/K 单位：
单位质量的热容称为该物质的比热容。 单位质量的热容称为该物质的比热容。定义 比热容 为：
2+i > 0) (γ = i dp p =− 而等温过程的p-V曲线的斜率： k = 曲线的斜率： 而等温过程的 曲线的斜率 dV V dp p = −γ p-V曲线斜率： k = 曲线斜率： 曲线斜率 dV V
因此，绝热过程的p-V曲线的斜率比等温过程 因此，绝热过程的 曲线的斜率比等温过程 曲线的斜率更小、 的p-V曲线的斜率更小、曲线更陡峭。 曲线的斜率更小 曲线更陡峭。
热力学基础 PPT
摄尔修斯(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家), 用水银作为测温物质,以水的沸点为00C冰的熔点为100C,中间 100个等分。8年后接受了同事施特默尔(M、Stromer)的建议, 把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世界共有 温标19种。
热力学基础
萨维里的蒸汽机
托马斯•纽可门的蒸汽机
§1、热学现象的初期研究
1769年,詹姆斯•瓦特(James Watt,1736-1819,法国,格 拉斯哥大学仪器维修工)改进了纽可门机,把冷凝过程从汽缸 内分离出来,即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保 持在高温状态。
1782年,又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸, 推动活塞往返运动的蒸汽机,使机器运作由断续变连续,从而 蒸汽机的使用价值大大提高,导致了欧洲的第一次工业革命。
热力学第一定律的 建立
电和磁:1820年奥斯特关于电流的磁效应的发现和1831年 法拉第关于电磁感应现象的发现完成了电和磁间的相互转化
电和化学:1800年伏打制成“伏打电堆”以及利用伏打 电流进行电解,从而完成了化学运动和电运动的相互转化运 动。
化学反应和热:1840年彼得堡科学院的黑斯(G、H、Hess) 提出关于化学反应中释放热量的重要定律:在一组物质转变为 另一组物质的过程中,不管反应是通过那些步骤完成的,释放的 总热量是恒定的。
1785年,热机被应用于纺织; 1807年,热机被美国人富尔顿应用于轮船; 1825年被用于火车和铁路。
第12章 热力学基础1
T1 )
i2 Cm, p Cm,V R 2 R
第12章 热力学基础
19
※不同过程中气体吸的热（热力学第一定律）
等体过程
QV
E2
E1
M M mol
i 2
R(T2
T1)
等压过程
Qp E p(V2 V1)
M M mol
i 2 R(T2
T1)
M M mol
R(T2
T1)
等温过程
QT
M M mol
RT ln V2 V1
M M mol
RT ln
p1 p2
第12章 热力学基础
20
例12.2 某理想气体的p-V关系如图所示，由初态a经准 静态过程直线ab变到终态b。已知该理想气体的定体
摩尔热容量Cm,V=3R，求该理想气体在ab过程中的摩
尔热容量。
热容与摩尔热容关系为
C
M M mol
Cm
第12章 热力学基础
15
三 理想气体的摩尔热容
1.理想气体的摩尔定容热容
Cm,V
(
dQ dT
)V
dQV
dE Cm,V
(
dE dT
)V
对于理想气体 dE i RdT
Cm,V
iR 2
2
单原子理想气体 双原子理想气体
3
Cm,V
R 2
Cm,V
迈耶(Mayer)公式
第12章 热力学基础
Cm, p Cm,V R
17
3. 比热容比
系统的定压摩尔热容量 Cp与定体摩尔热容量 CV 的比 值，称为系统的比热容比.
热力学基础概念
熱力學基礎概念热力学是涉及能量转移和能量转换的科学领域，也是应用广泛的学科。
在热力学中，流体力学、热学和热力学等科学领域交叉与融合，形成了一整套基础概念。
第一、热力学第一定律热力学第一定律是指热力学过程能量守恒的法则。
它是体系内能量变化率等于系统输入输出热量的代数和。
也可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU是体系内能的变化量，Q是系统扫过界面的热传输热量，W是系统内部做功的能量。
第二、热力学第二定律热力学第二定律又被称为熵增原理，它是指系统内部不可逆过程会导致熵不断增加，即越来越趋向于混乱无序的现象。
它表明热能不可能完全转化为功，即热力学第一定律的贡献无法全部用于完成功。
热力学第二定律的表达式为：dS≥đQ/T其中，S为熵，T为温度，dQ为热量变化量。
第三、热力学第三定律热力学第三定律是指在绝对零度时体系的熵为零。
这个定律使得我们能够得到绝对零度时热力学量的精确值。
热力学第三定律表述了热力学基本定律的最彻底的结果之一。
在热力学中，还有一些基本热学量，它们在研究中发挥着重要的作用。
一、温度温度是指物体分子的热运动程度，它是一个物理量。
热力学中一般用开尔文温标(K)来表示，绝对零度时，温度为0K(K=℃+273.16)。
二、热容热容指的是物体吸收一定热量后，温度上升的程度。
热容也有一个量纲，单位为焦尔/千克·开尔文(J/K)。
三、比热容比热容指的是单位质量物体吸收一定热量后温度上升的程度。
它与热容不同，比热容也有自己的计量单位，单位为焦尔/千克·开尔文(J/(kg K))。
四、焓焓是在热力学中是一个非常重要的量，它是体积、温度和压强的函数。
焓通常指“黏性流体”的单位质量和“不可压缩流体”的单位成分的体积能量。
它通常用J/kg来表示。
从本文我们可以初步的了解了一些基础热力学中的常见概念。
在实践中，更深入的学习和探索还需要一个良好的科学氛围和相关知识的丰富度。
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p2Vm 2 kV 2 m 2 Vm 2 2 T2 T1 T1 ( ) T1 2 p1Vm1 kV m1 Vm1 2.25T 450(K)
March 30, 2016
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大学物理学
第十二章 热力学基础
14－2 热力学第一定律 内能 功 热量
I到II过程的功
W pdV
V1
V2
系统所做的功在数值上等 于p-V 图上过程曲线以下的面 积, 不是状态的函数, 是过程量.
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大学物理学
第十二章 热力学基础
四、热量(heat)
通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存 在温差而发生的能量传递 .
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第十二章 热力学基础
14－1 平衡态 理想气体状态方程
一、气体的状态参量 状态参量 (status parameter)：用来描写物体系运动状
态的物理量. 压强 p : 作用于容器壁上单位面积的垂直作用力.
单位：
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第十二章 热力学基础
C
C B
A B
A
热力学第零定律: 如果两个物体分别与处于确定状态的第 三个物体达到热平衡，则这两个物体彼此将处于热平衡. 温度 T : 表征热平衡状态下系统的宏观性质. 温标 —— 温度的数值表示法.
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p2
2( p2 ,V2 ,T2 )
V1 V2
o
V
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第十二章 热力学基础
四、理想气体状态方程
m气体的质量
M气体的摩尔质量
m pV RT M
普适气体常量
R 8.31 (J mol1 K 1 )
理想气体 ：任何情况下都严格遵守状态方程的气体. 在通常温度和压强范围内的气体, 一般都可近似看做理想 气体.
1Pa 1N m2
1atm 760mmHg 1.013 105 Pa
体积 V: 气体所能达到的最大空间. 单位：
1m3 103 L 103 dm3
当气体分子大小不计时, 气体体积等于容器的容积 .
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d E p dV m C p ,m Qp C p ,m (T2 T1 ) dT M dE dV p 应用前式, 摩尔定压热容可写为 dT dT
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大学物理学 考虑到 Mayer公式 比热容比
第十二章 热力学基础
大学物理学 三、等温过程 特征： T = 常量, 或 过程方程 PV = 常量 如图, 等温线为一条双曲线
第十二章 热力学基础
dT 0
p p1
p2
1 ( p1 ,V1 , T )
( p2 ,V2 , T ) 2
V1
dT 0, dE 0
根据热力学第一定律 理想气体从1到2的过程
o
dV
V2 V
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第十二章 热力学基础
例1 有一打气筒, 每打一次可将原来压强 p0 = 1.0 atm, 温度为t0= -3.0℃, 体积为V0= 4.0L的空气压缩到容器内,设 容器的容积为V= 1.5×103L, 欲使容器内空气压强变为2.0 atm, 温度保持为t = 45℃, 需要打几次气？ 解: 设打一次气送入容器中的空气质量为
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第十四章 热力学基础
安徽大学出版社
大学物理学
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第十四章 热力学基础
14－1 平衡态 理想气体状态方程 14－2 热力学第一定律 内能 功 热量 14－3 热力学第一定律在理想气体等值过程中 的应用
14－4 绝热过程 *多方过程
T1 T2
T1 Q T2
T1 T2
T1 T2 Q
功和热量都是过程量, 而内能是状态量, 通过做功 或传递热量的过程可使系统的状态（内能）发生变化. 在国际单位制中, 热量和功的单位相同，均为J （焦耳）.
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第十二章 热力学基础
解: 加热前后气体各状态参量应满足关系
p1Vm1 p2Vm 2 R T1 T2 2 p 1 （1） p1 kVm1 代入上式，得 k RT1
（2） p2 kVm 2 联立各式，可解得
m E E2 E1 CV ,m (T2 T1 ) M
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大学物理学 二、等压过程 摩尔定压热容 特性： p = 常量, 或 根据热力学第一定律
第十二章 热力学基础
dp 0
p
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 ,T2 )
14－5 循环过程 卡诺循环 14－6 热力学第二定律
14－7 可逆过程和不可逆过程 *卡诺定理
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第十二章 热力学基础
热现象 习惯上, 人们把与温度有关的现象称为热现象. 从微观看, 热现象就是宏观物体内部大量分子或原子等 微观粒子永不停息的、无规则热运动的平均效果. 研究方法 宏观 热力学 微观 统计物理学 热力学第一定律 是包括热现象在内的能量守恒与转换定律. 热力学第二定律 指明了热力学过程进行的方向和条件.
一、热力学第一定律(First law of thermodynamics) 本质 包括热现象在内的能量守恒和转换定律.
p
1*
*2
Q E W
Q 表示外界对系统传递的热量, W 表示系统对外界作功, △E 表示 系统内能的增量.
o
V1
V2 V
Q
E2 E1
内能增加 内能减少
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第十二章 热力学基础
代入数据得：
m V T0 n ( p p0 ) m V0 Tp0
n 318（次）
例2 一气缸内贮有理想气体，气体的压强，摩尔体积 和温度分别为 p1 , Vm1 , T 1 , 现将气缸加热，使气体的压 强和体积同时增大. 设在这过程中, 气体的压强 p和摩尔体 积 Vmol满足下列关系： p kVmol (1) 求常数k, 将结果用 p1 , T1 和普适气体常数表示。 (2)设 T1 200 K , 当摩尔体积增大到 Vm 2 时气体的温度 是多高？.
1
2
dQp dE pdV
如图, 从1到2的有限过程
V2
W
o
V1
V2 V
m Q p E2 E1 pdV pV RT 和 V1 M E2 E1 p (V2 V1 ) m E E2 E1 CV ,m (T2 T1 ) 由理想气体状态方程 M
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第十二章 热力学基础
14－3 热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 一、等体过程 摩尔定体热容 特性： V= 常量, 如图
p2
p1
p
( p2 ,V , T2 )
( p1 ,V , T1 )
dV 0,
dQV dE
dW 0
根据热力学第一定律
o
V
V
QV E2 E1
摩尔定体热容 1mol 理想气体在 等体过程中吸收的热量 dQV， 使温 度升高 dT , 其摩尔定体热容为
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第十二章 热力学基础
热力学(开尔文)温标： T K 水的冰点为 273.15K 摄氏温标：t ℃ 水的冰点为 0℃ 水三相点： 273.16 K (气态、液态、固态的共存状态)
t T 273.15
二、平衡态(equilibrium status) 当热力学系统与外界没有能量的交换、系统内又无 不同形式的能量转换时, 经过足够长的时间, 系统总会达 到处处温度相同, 所有的宏观量不随时间变化的状态, 这 种状态即平衡态. 从微观上来看, 热力学系统的平衡态是 动态平衡, 所以常称为热动平衡.
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大学物理学 得
第十二章 热力学基础
m m Qp CV ,m (T2 T1 ) R(T2 T1 ) M M 摩尔定压热容 1mol 理想气体在等压过程中吸收的热 量 dQ p , 使温度升高 dT, 其摩尔定压热容为
C p ,m dQ p dT
质量为m, 摩尔定压热容恒定 的理想气体，在等压过程中吸热
W
系统对外界做功 外界对系统做功
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+
系统吸热 系统放热
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第十二章 热力学基础
无限小的状态变化过程
物理意义
dQ dE dW dE pdV
1. 能量转换和守恒定律 .第一类永动机是不可能制成的 .
2. 实验经验总结, 自然界的普遍规律 . 二、内能(internal energy)