高校大学物理第2章热力学基础课件

A
系 E 统
Q吸
2.热力学第一定律对微小过程的应用
dQ dE dW
3.明确几点 ①.注意内能增量、功、热量的正负规定。 ②.热—功转换不是直接进行的，而是间 接的，内能是传递工具。
热功
系统吸热后，先使内能增加， 再通过降低内能对外作功。
功热
外界对系统作功，使内能增加， 再通过内能降低，系统放热。
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程 为非准静过程。如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，则该过程就为非 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、V、T 无确定关系，则此过 程为非准静过程。
F
对非常缓慢的过程可近似认为是准静 态过程。
V2
P (V2 V1 ) PV
V1
PdV P dV
M M
V2 V1
QP

CP (T2 T1 )

CP T
7.热力学第一定律应用
Q E A
QP E PV
M

CP T
M

CV T
M

RT
等压摩尔热容
CP CV R Mayer公式
PV C
恒 温 源 T P
P1 P2 o
T
1 2
3.过程曲线
V1
V2
V
4.内能增量 5.功
E
V2 V1
M

CV T 0
A
M
PdV
由理想气体状态方程
M P RT V
2 1
A
V2
V1
dV M dV V RT RT V V V
V2 A RT ln V1 M
Q净 A净
Q净 A净 S 循环
3.循环曲线的特点
P
循环曲线为闭合曲线。
1
Q吸
正循环
W 2
•循环曲线所包围的面 积为系统做的净功。 Q放 o 4.正循环与逆循环 V1 •正循环 热机
准静态过程中气 体的各状态参量 都有确定的值， 可在 P~V 图上作 出连续的过程曲 线。
P
A B
o
V
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 >
可视为准静过程；
系统来得及恢复平衡态。 如果过程进行的时间t < 系统来不及恢复平衡态。 则为非准静过程；
§3等值过程 绝热过程 一、等容过程 等容过程也称等体过程。 1.过程特点 P 系统的体积不变
温度反映物体冷热程度，是分子平均平动动 能的标志，是状态量。
3.热量的计算 Q Mc(T2 T1 ) c是比热：1kg物质升高1 ºC吸收的热量； Mc是热容：Mkg物质升高1 ºC吸收的热量； 定义 c 为摩尔热容： C c 1 mol 气体升高 1 ºC 所吸收的热量。 M 热量 Q Mc(T2 T1 ) c(T T )
一、规定内能增量、功、热量的正负 1.内能增量
Mi E RT 2
系统温度升高 T 0, 系统温度降低 T 0,
E 0
E 0
2.功
A
V2
V1
PdV
体积膨胀V 0, A 0 系统对外界做正功。
体积收缩V 0, A 0 系统对外界做负功 或外界对系统作功。
热量
QV
M

CV (T2 T1 ) vCV T
•等压过程：引入等压摩尔热容CP， 表示在等压过程中，1 mol 气体升高 单位温度所吸收的热量。 dQ CP dT P 热量
QP M CP (T2 T1 ) vCP T

三、热力学第一定律 热力学第一定律实际上是包括热现象 在内的能量守恒与转换定律。
（2）
M T1 T2 A R 1
T1 T2 , A 0 T1 T2 , A 0
PV
M
RT
（3）
气体绝热膨胀 T
气体绝热压缩 T

•摩尔热容比
CP CV
i2 R i2 2 i i R 2
单原子分子气体
双原子分子气体
多原子分子气体
5 i 3 , 1.67 3 7 1 .4 i 5 , 5 4 i 6 , 1.33 3
热力学基础
第2章热力学第一定律 §1 功 热量 热力学第一定律 §2 准静态过程 §3 等值过程 绝热过程 §4 循环过程 §5 卡诺循环 §6自然过程的方向 §7热力学第二定律及其微观意义 §8波耳兹曼熵公式与熵增加原理
§1功 热量 热力学第一定律 一、功 1.功是系统内能变化的量度。 系统作功是通过物体作宏观位移来完成的。 例如：气缸内的气压大 于外界大气压，气体膨 胀推动气缸活塞对外作 功。 2.气体作功的计算
7.热力学第一定律应用
Q E A
A 0,
M
QV E
意义：等容过程系统吸热全部转变成内能。
Mi CV T RT 2
i 等容摩尔热容 CV 2 R
单原子分子气体
i 3 ,
双原子分子气体 i 5 ,
多原子分子气体 i 6 ,
3 CV R 2 5 CV R 2 CV 3R
③.热力学第一定律是从实验中总结出来 的，第一类永动机不能制成。
第一类永动机：即不从外界吸收能量，而 不断对外作功的机械。 第一类永动机违反能量守恒定律。
§2准静态过程 一、准静态过程 1.热力学系统-- 热力学研究的对 象为热力学系统。 2.热力学过程-- 热力学系统的状态随时 间变化的过程为热力学 过程。 3.准静态过程-- 在过程中任意时刻，系统 都无限地接近平衡态，因此都可以当平衡 态处理，也就是说，准静态过程是由一系 列依次接替的平衡态所组成的过程 。
5.过程方程
由热力学第一定律的微小过程应用公式
dQ dE PdV dQ 0 M PdV CV dT
PdV
M
RPdV M RdT 两边乘R有 CV 由理想气体状态方程 M PV RT

CV dT
（1）

（2） （3）
全微分
PdV VdP
M
R （3）（1）式 PdV VdP PdV 0 CV
1
1' 2
o
V1
V2
V
二、热量
1.概念
•热量是高温物体向低温物体传递的能量。 •热量是系统内能变化的量度，是过程量。 如一杯80ºC的热水，向周围温度较低的空 气放出热量，这是一个过程，而说这杯水 具有多少热量是错的，具有的是内能，当 水温度下降时，内能也减小。 2.热量与温度的区别
热量是系统内能变化的量度，是过程量。
等温线
绝热线
2 2'
V2
V
PV C1
全微分

V dP PV

1
dV 0
dP P 绝热线斜率 dV V dP P 与等温线斜率比较 dV V
1
•绝热线斜率是等温线斜率的 倍。绝热 线要比等温线陡。
绝热自由 膨胀
能量 守恒 因为自由膨胀，所以系统对外不作功 即 A0 由 得
4.功
A E
M

CV T
（1）
CV A R(T2 T1 ) R M
由 PV
Mห้องสมุดไป่ตู้

RT
和
CP CV R
CV A (P 1V1 P 2V2 ) CP CV
上下同除以CV ,
定义摩尔热容比 则 由
有
CP 1 CV
P1V1 P2V2 (P 1V1 P 2V2 )CV A CP CV 1
[4147]
同一种理想气体的定压摩尔热容Cp 大于定体摩尔热 容CV ，其原因是
______________________________________________ ． 在等压升温过程中，气体要膨胀而对外作功，所以 要比气体等体升温过程多吸收一部分热量．
三、等温过程 1.过程特点 系统的温度不变 dT 0 2.过程方程

RdT
R PdV VdP PdV 0 CV CP 由 CP CV R 和 CV CP CV PdV VdP PdV 0 CV PdV VdP ( 1)PdV 0
VdP PdV 0
两边同除以 PV
dP dV 0 P V
dV 0
V
2.过程方程 P C T 3.过程曲线
P2 P1
o
2 1
V V
4.内能增量
5.功
Mi E RT 2
A
V2
V1
PdV 0
由于等容过程体积不变，P ~ V 图曲线下 的面积为 0 ，气体作功为 0 。 6.热量
QV M

CV (T2 T1 )
M

CV T
四、绝热过程 1.过程特点 系统与外界绝热。 无热量交换。
dQ 0 dQ 0
绝热材料
绝热过程摩尔热容为0。
Ca 0
系统对外作功全部靠内能提供。
2.内能增量
E
M

CV T
3.热力学第一定律应用
Q E A
绝热过程
Q0
E A 0 A E
绝热过程系统对外作功，全部是靠降 低系统内能实现的。
i i2 CP R R R 2 2
单原子分子气体 双原子分子气体