大学物理演示动画--第一类永动机-

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大学物理热力学基础A1

气体
真空
例：一定量的理想气体在PV图中的等温线与绝热
线交点处两线的斜率之比为0.714，求Cv。
解： ( dP
dV ( dP dV
)T )a -
P
(
dP dV dP dV
V P V
(
)T )a
1

0 . 714
由
C
p

Cv R Cv

Cv
Cv
R
-1
20 . 8 ( Jmol
多原子双原子单原子
理想气体的热容与温度无关。这一结论在低温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。
§15- 5 绝热过程(dQ = 0)
----系统不与外界交换热量的过程。
一、绝热过程的功：
绝热过程中系统对外做功全部是以系统内能减少为代价的。
A -E -
M M
mol
CV T
无论过程是准静态的还是非准静态的
A P (V 2 - V 1 ) M M
mol
R ( T 2 - T1 )
M M
mol
RT
Q E A
M M
mol
RT
i2 2
等压过程中，系统从外界吸热，一部分用来增加气体内能，一部分用来对外作功。
例题：为了使刚性双原子分子理想气体在等压膨胀过程中对外作功2 J，必须传给气体多少热量？

中国石油大学热力学与传热学在线第一阶段作业答案

第18题任何可逆循环的热效率都（）卡诺循环的热效率。您的答案：D 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：卡诺定理一指出，在相同的高温热源和低温热源之间工作的所有可逆热机的热效率都相等，其前提是将在相同的高温恒温热源和低温恒温热源间工作的热机相比较。本体没有比较前提，固无法判断。
第19题任何可逆循环的热效率都（）不可逆循环的热效率。
第10题理想气体的热力学能只与（）有关。您的答案：A 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：根据理想气体的定义可知，理想气体的热力学能只包括内动能，因此只与温度有关。
第11题理想气体的比热容只与（）参数有关。您的答案：A 题目分数：0.5 此题得分：0.5
批注：根据理想气体比热容的计算公式可知，理想气体的热力学能和焓只与温度有关，因此，理想气体的比热容只与温度有关。
第3题若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。此时热力系统内部一定不存在（）。您的答案：A 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：温度差是判断系统是否处于热平衡的参量，系统处于热平衡时各部分之间一定没有温度差。
第4题若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。此时热力系统内部一定不存在（）。
第35题系统与外界之间可以进行热量和功量交换，在热力学中，通常规定，系统对外作功时，功量为（），外界对系统作功时，功量为（）。您的答案：A,B 题目分数：0.5 此题得分：0.5 批注：根据热力学中功量符号的规定可知，系统对外作功功量为正，外界对系统作功功量为负。

大学物理热力学基本概念

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 E E( T ,V ) 理想气体 E M i RT E( T ) 2 (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。
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
浮力型毛细型子母型 ……
即：E 0, Q 0, A 0
违反热力学第一定律，所以不可能成功。
二. 对理想气体的应用
等值过程绝热过程
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
dA F dl pSdl pdV
V2
A pdV
V1
注意：非静态过程不适用
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 dV 0 dA 0 dV 0 dA 0 dV 0 dA 0
0 T1 T2
T
解：由气体状态方程可得
p1Va
M

大学物理习题解答3第三章热力学

第三章热力学

本章提要

1．准静态过程

系统连续经过的每个中间态都无限接近平衡态的一种理想过程。

准静态过程可以用状态图上的曲线表示。

2．内能

系统内所有分子热运动动能和分子之间相互作用势能的和，其数学关系式为

(,)

E E V T

内能是态函数。

3．功

功是过程量。

微分形式：

A d

积分形式：

⎰=2

V V

V p

4．热量

两个物体之间或物体内各局部之间由于温度不同而交换的热运动能量。热量也是过程量。

5．热力学第一定律

热力学第一定律的数学表达式：

Q E A

=∆+

热力学第一定律的微分表达式：

d d d

Q E A

由热力学第一定律可知，第一类永动机是不可能造成的。

6．理想气体的热功转换

〔1〕等体过程：d 0A = 热量增量为

m m (d )d d V V M

Q E C T μ

,,==

或

m 21m 21V ,V ,M

Q E E C (T T )μ

=-=

〔2〕等压过程: 热量增量为

(d )d d d d p Q E A E p V =+=+

因

m 21()V M

E C T T μ

∆,-=

2121()()V V M

A p V p V V R T T μ

d ==-=

-⎰

那么

)()(21212T T R M

T T R i M Q P -+-=

μ 〔3〕等温过程：d 0E =

热量增量为

(d )d d V Q A p V ==

因

d ln V T V V M

V M

A RT RT V V μ

μ=

=⎰

那么

2112

ln T T V p

M Q A RT RT V p μ

μ==

= 〔4〕绝热过程：d 0Q = 根据热力学第一定路可得

大学物理热力学基础.

开尔文
卡诺
克劳修斯
分子运动论从牛顿力学出发，采用统计方法说明压强、温度和内能的物理本质。是微观理论。
热力学从能量观点出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是宏观理论。
7-1 内能功和热量准静态过程
一、内能功和热量
理想气体内能
Mi
E
RT
Mmol 2
是状态量,是状态参量T的单值函数。
2、热量传递可以改变系统的内能热量是过程量
使系统的状态改变，传热和作功是等效的。
3、功与热量的物理本质不同 .
宏观运动
功分子热运动
热量
分子热运动
分子热运动
转换传递
二、准静态过程
系统所经历的中间态都无限接近于平衡态。
砂堆
P-V图上一个点表示
一个平衡态；
气体
一条曲线表示一个准静准静态过程
态过程。
5 CV 2 R
多原子理想气体 CV 3R
i CV 2 R
理想气体的内能 M
E Mmol CVT
微分形式：
dE
M Mmol
CVdT
任何过程
2、理想气体的定压摩尔热容：
Cp
(
dQ dT
)p
dE dT
p dV dT
dECVdT
pdVRdT
CpCVRi22R (迈耶公式)

大学物理第4章-热力学第一定律

4141准静态过程准静态过程热量热量4242热力学第一定律热力学第一定律4343理想气体的三个等值过程和绝热过程理想气体的三个等值过程和绝热过程4444循环过程循环过程卡诺循环卡诺循环4545热力学第二定律热力学第二定律4646熵增加原理熵增加原理411411准静态过程和过程曲线准静态过程和过程曲线二准静态过程过程进行的每一步系统均无限接近于平衡态
(P2,V2,T2)
等温变化（T1）等容变化，只有传热(CV,m)
o
V1
V2
V
§4.3.3
等温过程
等温过程
过程方程内能增量功
PV 恒量
0
dA pdV
RT A pdV dV V1 V1 V V2 p1 RT ln RT ln V1 p2
V2 V2
热量
dQ dA
QT A
4. 理想气体的三个等值过程
dQ dE dA
等温过程
PV 恒量
等容过程
过程方程
P 恒量 T
等压过程
V 恒量 T
i i 内能 dE 2RdT dE 2RdT
增量
功
E CV,m (T2 T1 ) E νCV,m (T2 T1 )
p(atm)
3 a b c
2
1 0
1
2
3

大学物理第 13 章第 4 次课 -- 热力学第二定律卡诺定理熵的概念

o
p
V
Q1
卡诺热机
T1
A
T1
T1 T2
W
T2
上海师范大学
Q2
低温热源
D
o
W
B
T2
C
V
3 /13
§13.6 2. 克劳修斯说法：
热力学第二定律的表述卡诺定理
不可能把热量从低温物体自动传递到高温物体而不引起外界的变化. 热量可能从低温物体传递到高温物体, 但不能自动地传递, 而是需要对系统做功. 例如, 卡诺致冷机可以把热量从低温物体移至高温物体, 但需外界作功, 且要使环境发生变化 . 高温热源
dQ S B S A A T
B
(5)
A
静电场中
E dl E dl
ACB ADB
电势差VB VA E d l
B
上海师范大学
12 /13
§13.7
熵熵增加原理
(5)式的物理意义
热力学系统从初态 A 变化到末态 B , 系统熵的增量等于初态 A 和末态 B 之间沿任意一可逆过程热温比( dQ/T )的积分.
一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程. 热量不可以自动地从低温物体向高温物体传递. 因此热传导过程是不可逆过程. 再如, 气体的膨胀过程也是不可逆的.

大学物理-18热力学第一定律

(2) 若系统从b态出发，沿ba曲线返回a态时，外界对
系统做功为84J。问此过程中系统是吸热还是放热？热
量是多少？
解：已知 Aacb 126J，Qacb 336J p c
b
E Eb Ea Q A 336 126 210 J
(1) Qadb (Eb Ea ) Aadb 210 42 252 J a
)T
p V
o
V
等温线
V
绝热线在A点的斜率为：( dp
dV
)Q
p V
1
(2) 从物理方面：
体积增加时，压强降低
等温：n 减少。
p
2 3
n t
绝热：n 减少, 减t 少。
27
5 绝热自由膨胀
p,V ,T
平衡态(初)
非平衡态
p,V ,T
平衡态(末)
非准静态过程，则pVγ＝C 不适用服从热力学第一定律，因 Q 0, A 0 得
摩尔热容Cm:
1mol物质温度升高一度所需要吸收的热量。 18
6 定体摩尔热容：
1mol理想气体在体积不变的状态下，温度升高1度
所需要吸收的热量。
CV ,m
1 dQV
dT
1 dE
dT
7 Q、E的计算：
单原子
CV
,m
3 2
R
刚性双原子

大学物理第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律

1 dQ
CP
( dT
)P
dQ CPdT
dQ dE dA
CPdT CV dT RdT
CPdT CV dT RdT
CP CV R = i2R 2
（迈耶公式）16
比热容比 CP i 2
CV
i
单原子分子
ຫໍສະໝຸດ Baidu
5 3
1.67
双原子分子
7 5
1.4
多原子分子
8 6
1.33
等压过程
Q E A
A
V2 PdV
V1
VB VA
C1 V
dV
PAVA PBVB 60.5J
1
（ C1 PAVA PBVB ）
33
例3（4693）如图所示，一个四周用绝热材
料制成的气缸，中间有一固定的用导热
材料制成的导热板C把气缸分成A、B两部分。D是一绝热的活塞。A中盛有 1mol氦气，B中盛有1mol氮气（均视为刚性分子的理想气体）。今外界缓慢地
AC BD
39
（1）求该气体的定容摩尔热容CV和定压摩尔热容CP
（2）B室中气体吸收的热量有百分之几用于对外做功？
A CB D
40
练习（4692）解答
A室气体经历的等容是过程
A C BD
M
QA CV TA
B室气体经历的是等压过程

理学南京大学物理化学PPT课件

2021/7/1
状态函数在数学上具有全微分的性质。
第14页/共205页
状态方程
体系状态函数之间的定量关系式称为状态方程（state equation ）。
对于一定量的单组分均匀体系，状态函数T,p,V 之间有一定量的联系。经验证明，只有两个是独立的，它们的函数关系可表示为：
2021/7/1
T=f（p,V） p=f（T,V） V=f（p,T）
2021/7/1
第2页/共205页
1.1 热力学概论
热力学的研究对象
热力学的方法和局限性
几个基本概念：
•体系与环境 •体系的分类 •体系的性质 •热力学平衡态 •状态函数 •状态方程 •热和功
2021/7/1
第3页/共205页
热力学的研究对象
•研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律； •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应；
在过程进行的每一瞬间，体系都接近于平衡状态，以致在任意选取的短时间 dt内，状态参量在整个系统的各部分都有确定的值，整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成，这种过程称为准静态过程。
准静态过程是一种理想过程，实际上是办不到的。上例无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
2021/7/1
第6页/共205页
体系分类

大学物理热力学第一定律(老师课件)

Q>0，系统吸热;
Q<0，系统放热。
8.4 热力学第一定律
•系统从外使系统内能增加 E
界吸热 Q 用于系统对外作功 A
系统在任一过程中从外界吸收的热量等于
系统内能增量与系统对外作功之和。
讨论
Q =△E + A = (E2－E1)+ A
◆ 热力学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
②由ｂ状态沿曲线 ba 返回状态 a 时,系统
作功-84J, 系统是吸热还是放热？热量传递
多少？
p
•ab过程中的热一律:
c
b
a
d
Qba Ea Eb Aba O
V
Aba 84J
Qab 294J
Eb Ea 210
Q E A ◆ 热力学第一定律适用于任何
dQ = dE+ dA 热力学系统、任何热力学过程
若为准静态过程
dQ dE PdV
V2
Q E PdV
若为理想气体
V1
dQ i RdT dA
2
Q i RT A
2
若为理想气体准静态过程
dQ i RdT PdV
2
Q

i
RT
V2

大学物理@热力学第一定律1

在某一过程中，外界对系统做的功(–A)与系统吸收的热量(Q)的总和，应该等于系统热力学能U的增量
U Q A
或者对于微小过程
Q U A
dQ dU dA
2、本质
热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒定律，对任何物质的任何过程都成立。
3、说明 •符号规定：
Q U A (U2 U1 ) A
说明：
系统的准静态变化过程可用pV 图上的一条曲线表示，称之为过程曲线。
二、功
当气体作无摩擦的准静态膨胀或压缩时，为了维持气体的平衡态，外界的压强必然等于气体的压强。 II v2
A dA PdV
I v1
说明
A ＝ pdV
V1
V2
P
•系统所作的功与系统的始末状态有关，而且还与路径有关，是一个过程量。
由Q U W有：
9 13 Q RT1 2 RT1 RT1 2 2 （系统吸热）
(2) 对1 3 2过程（先等压后等容）
系统对外作功：A A132 P 1 (V2 V 1 ) R(T3 T 1 ) RT 1
Q 9 11 RT1 RT1 RT1 2 2 （系统吸热）
•气体膨胀时，系统对外界作功气体压缩时，外界对系统作功系统对外界所作的 •作功是改变系统热力学能的一种方法 •本质：通过宏观位移来完成的：机械运动→ 功等于pV 图上过分子热运动程曲线下面的面积

大学物理判断题【精选文档】

4．作曲线运动的质点的速度和位置矢量垂直.答：错

5．物体的速率在减小，其加速度必在减小.答：错

6．物体的加速度在减小，其速率必在减小.答:错

7．圆周运动中的质点的加速度一定和速度的方向垂直。答：错

8．作曲线运动的物体，必有切向加速度。答：错

9．作曲线运动的物体必有法向加速度。答：对

10．质点作直线运动，平均速度公式2

0v v v +=一定成立。答：错 11．质点沿直线运动，其位置矢量的方向一定不变。答:错

12．瞬时速度就是很短时间内的平均速度。答：错

13．位移是位置矢量的增量。答：对

14导体不存在时,在变化的磁场周围不存在感生电场。答案:错.

15两个彼此无关的闭合回路，其中之一的磁通量发生了Wb 5.7的改变，另一发生了Wb 2.7的改变，前者的感应电动势一定大于后者。答案：错。

16电源的电动势是将负电荷从电源的负极通过电源内部移到电源正极时，非静电力作的功。答案:错.

17在国际单位制中，磁通量单位用高斯。答案：错。

18电动势用正、负来表示方向，它是矢量.答案：错。

19感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因。答案:对。 20t

d d Φ的单位为伏特.答案：对。 21矩形线圈在载流无限长直导线激发的磁场中平动，矩形线圈和载流长直导线共面，如图

矩形线圈的运动方向和电流流动方向平行。如果电流I 不变,线圈中不会产生感应电动势。答：对。

22线圈在无限载流长直导线激发的磁场中平动,线圈和载流长直导线共面，如图

矩形线圈的运动方向和电流流动方向垂直。如果电流I 不变,线圈中产生的感应电流顺时针方向流动。答案:对。

大学物理：第七章热力学定律

非平衡态
新平衡态
非静态过程
上海交通大学物理系
准静态过程
热力学中研究过程时，为了在理论上能利用系统处于平衡态时的性质,引入准静态过程的概念.
过程中的每一状态都是平衡态
u 外界对系统做功
外界压强总比系统压强大一小量 △P ，就可以缓慢压缩。
非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，如果实际每压缩一次所用时间都大于弛豫时间，则在压缩过程中系统就几乎随时接近平衡态。
Cv
lim (Q)v T 0 (T )v
lim U T 0 T
v
dU dT
v
dQV CV dT
ΔQV
T2
T1
CV
dT
CV
T2 T1
理想气体 U m i RT i RT
M2
2
定体热容
CV
dU m dT
i R
2
摩尔定体热容
CV ,m
dU m dT
iR 2
上海交通大学物理系
对理想气体等值过程的应用
本节提要
理想气体的等容过程理想气体的等压过程理想气体的等温过程理想气体的绝热过程多方过程
上海交通大学物理系
气体热容 C
体系从外界吸收的热量后其内能的变化情况
P
2
Q U A
T+dT

大学物理教程-热力学第二定律

解： 1→4 → 3过程
dQ
T3 CP , m d T
1 T T4 T
1
T3
T
P
0 CP ,m ln C ln 1 C ln( 1 )
p ,m
p ,m
T4
P4
T4
V3
1 P1
T1
p1
C p ,m
ln R ln
R ln 2
15.1.5 卡诺定理
（1）在温度为T1的高温热库和温度为T2的低温热库之间工作的一切可逆热机，无论
用什么工作物质，其效率相等，都等于
T2
η 1
T1
（2）在温度为T1的高温热库和温度为T2的低温热库之间工作的一切不可逆热机，其
效率不可能高于可逆热机的效率。
T2
1
T1
10
哈尔滨工业大学(威海)
d Q1
d Q2
c(m1
m2
)
1
2
S S1 S2

T1 T
T2 T
T
T2
1
T
T
19
哈尔滨工业大学(威海)
15.2 克劳修斯熵公式熵增加原理
Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
例3. 1kg 0℃的水与100℃恒温热库接触，最后达到热平衡，求（1）这一

大学物理D-04热力学基础

等 p2 体升 p1 压
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1 V
( p1,V , T1 )
等 p1
p
1 ( p1,V ,T1) 2 V
( p2 ,V ,T2 )
o
体降 p2 压
V
o
V
QV
U1
U2
QV
U1
U2
33
大学物理
4.2.2 等压过程
特性
过程方程功
p
等压swf
p = 常量
VT
1
p
+
系统吸热系统放热
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 .
27
大学物理
Quick Quiz 9.1
U 2 U1 = Q W
第一定律的符号规定
Q
U 2 U1
内能增加
W
系统对外界做功?
+
系统吸热
系统放热
内能减少
外界对系统做功?
大学物理
第4章热力学基础 4.1热力学第一定律 4.2 热力学第一定律在典型理想等值过程中的应用 4.3 热力学第二定律 4.4 熵
1
大学物理
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