第一讲热学现象及

（三）基本原理: 1.自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有
一定距离的微粒所组成,这种微粒称为分子. 2.分子间有相互作用力.
3.分子永不停息地作无规则的运动.
源自文库
二、气体的状态参量 平衡态
（一）体积V
气体分子所能达到的空间范围. [单位: m3]
（二）压强P 气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力. [单位:Pa] 1Pa=1N/ m2
理想气体物态方程： PV M RT Mmol
（宏观物理量表示）
阿伏伽德罗常数： NA6.0212203 m1 ol
玻耳兹曼常数： kR1.3 81 023(JK1) NA
设：分子质量为 m，气体分子数为N，分子数密度 n。
MmN Mmol mNA
PV
M Mmo
l
RTmmNNA kNATN
kT
理想气体物态方程：
第一讲热学现象及热学规律
❖ 一、常见的一些热学现象 ❖ 二、物态变化——相变潜热 ❖ 三、理想气体物的态方程 ❖ 四、热力学第一定律 ❖ 五、热力学第二定律
永 动 机 的 设 想 图
一、常见的一些热学现象
1、一壶水开了，水变成了水蒸气。 2、温度降到0℃以下，液体的水变成了固体的冰块。 3、气体被压缩，产生压强。 4、物体被加热，物体的温度升高。
汽化热
25.5 8.5 4.5 45 2.93 1.99
（105 J/kg）
水在标准大气压下不同温度下的汽化热
温度（℃） 0 20 60 100 200 300 370 374
汽化热 24.9 24.4 23.5 22.5 19.6 13.8 4.14 0 （105 J/kg）
思考题
❖ 为什么冰会浮在水上？
热现象
二、物态变化——相变潜热
❖ 1、相变过程 相变潜热
❖ 相变：物体气、液、固三态之间的变化称为相变。 ❖ 例如，水有水蒸气、水、冰三种状态，在保持
100℃的情况下，使压强准静态地增大，当压 强为标准大气压时，可以看到容器中的水蒸 气开始有水滴凝结出来，出现气、液两相共 存状态。
❖ 2、相变潜热：相变过程中吸收或放出的热量 称为相变潜热
PnkT （微观物理量表示）
标准状态下的分子数密度：
洛喜密脱数： no2.6 9120(5m 3)
四、热力学第一定律及应用
1、热力学第一定律
系统从外界吸收的热量, 一部分使系统的内能增加, 另 一部分使系统对外界做功 .
Q E 2 E 1 A E A
EE 2E 1 T
Q E 2 E 1 A E A
保持不变 ❖ 答案：D
第一定律的符号规定
Q
E2 E1
A
+ 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
物理意义
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 .
几种循环过程内能变化
1、等容过程 理想气体物态方程：
PnkT
内能增大 E 0
p
p2
(p2,V,T2)
三、 理想气体物态方程
（一）气体的实验规律
1.气体定律
P1V1 P2V2 恒量（质量不变） T1 T2
2. 阿伏伽德罗定律
在相同的温度和压强下，1摩尔的任何气体所占据 的体积都相同。在标准状态下，即压强P0=1atm、 温度T0=273.15K时, 1摩尔的任何气体的体积均为
V0=22.41L/mol NA6.021 220m 3 o 1 l
p1
o
(p1,V,T1)
VV
做功：A=0 Q > 0
2、等压过程 理想气体物态方程：
p
p
(p,V1,T1) (p,V2,T2)
1
2
PVNkT
内能增大 E 0
o V1
做功：A>0
V2 V
Q>0
AP(V2V1)
3、等温过程
内能不变 E 0
做功：A>0
Q>0
p
p1
1 (p1,V1,T)
p2
(p2,V2,T)
2
o V 1 dV V 2 V
2、热力学第一定律的应用
热机 ：持续地将热量转变为功的机器 .
工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量 并对外做功的物质 .
冰箱循环示意图
五、热力学第二定律
1、第二定律的提出 热力学第一定律的局限性
（1）功热转换的条件第一定律无法说明.
（2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性 第一定律无法说明.
2、热力学第二定律的两种表述
（1）开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的 热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给 其他物体，或者说不使外界发生任何变化 。
（2） 克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自动 传到高温物体而不引起外界的变化 。
3、热力学第二定律两种表述的等价性 证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动 地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中 是违反开尔文表述的.
注意
1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. 2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说 法具有等效性 . 3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说 法都反映了自然界过程进行的方向性 .
习题
❖ 1、一物质系统从外界吸收一定的热量，则 ❖ （A）系统的内能一定增加 ❖ （B）系统的内能一定减少 ❖ （C）系统的内能一定保持不变 ❖ （D）系统的内能可能增加，也可能减少或
Vmol2.4 210 3m 3
PVPoVo M PoVmol T To Mmol To
其中： M 为气体的总质量。
M mol为气体的摩尔质量。
令： RP oVmol8.31 (Jmo 1K l1) To
R 称为“普适气体常数 ”
代入： PVPoVo M PoVmol T To Mmol To
（四）平衡状态
平衡态： 在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能
量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的 宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。 准静态过程：如果状态变化过程进行得非常缓慢，以 至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的 过程称为“准静态过程 ”，又称“平衡过程 ”。
❖ 水有奇特的性质——在4℃以上体积随温度 下降而缩小，在4℃以下反转为膨胀。因此0 ℃ 时的冰变得相当松，密度比水小，浮在水 上。这是因为结冰时水分子之间整齐排列的 “氢键”把分子间距离略微推开的缘故。
三、理想气体的物态方程
一、基本概念
（一）热力学系统 热力学研究的对象----热力学系统. 热力学系统以外的物体称为外界。 孤立系统:系统和外界完全隔绝的系统
1.1mmHg=133.3Pa 2.标准大气压(atm)
1 a tm 7m 60m 1 .0 H 1 1 g5 3 P 0a
（三）温度 t , T 反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度
1.摄氏温标( t ) [单位:℃]
2.热力学温标( T )
[单位:K]
两者换算关系: T=273.15+t 状态参量：表征气体有关特性的物理量 如P、V、T等
（二）理想气体 理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定 律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。 （三） 理想气体物态方程
P1V1 P2V2 恒量（质量不变） T1 T2
P,V,TPo,Vo,To(标准)状态
标准状态：
Vo MMmolVmol
P o1.013125 05 Pa
To 27.135K
例：若汽缸内气体为系统，其它为外界
（二）系统状态的描述 微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。
在宏观上不能直接进行测量和观察。 宏观量： 温度、压强、体积等。
在宏观上能够直接进行测量和观察。 宏观量与微观量的关系： 宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章 的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测 量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值。
❖ 汽化热：单位质量的液体汽化成同温度的气 体所吸收的热量。
❖ 同一物质，不同温度，汽化热不同；
❖ 相同温度，不同物质，汽化热不同。
❖ 凝结过程中，放出的热量的大小与汽化热相 等。
几种液体在标准大气压下，在沸点时的汽化热
液体
水 酒精 氢 乙醚 汞 氮
温度（ ℃ ） 100 78.3 -253.7 34.6 356.57 -195.8