大学物理 第八章 热力学基础
大学物理第8章：热力学基础
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
大学物理热力学基础
大学物理热力学基础热力学是物理学的一个分支，它研究热现象中的物理规律，包括物质的热性质、热运动和热转化。
在大学物理课程中，热力学基础是物理学、化学、材料科学、工程学等学科的基础课程之一。
热力学基础主要涉及以下几个方面的内容：1、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统中，能量不能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律说明，能量在传递和转化过程中是守恒的，不会发生质的损失。
2、热力学第二定律热力学第二定律是指热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反过来。
这个定律说明，热量传递的方向是单向的，不可逆的。
这个定律对于理解能源转换和利用具有重要意义。
3、热力学第三定律热力学第三定律是指绝对零度下，物质的熵（表示物质混乱度的量）为零。
这个定律说明，在绝对零度下，所有物质的分子和原子都处于静止状态，没有热运动，因此熵为零。
这个定律对于理解物质在低温下的性质和行为具有重要意义。
4、理想气体状态方程理想气体状态方程是指一定质量的气体在恒温条件下，其压力、体积和密度之间的关系。
这个方程对于理解气体在平衡状态下的性质和行为具有重要意义。
5、热容和焓热容和焓是描述物质在加热和冷却过程中性质变化的物理量。
热容表示物质吸收或释放热量的能力，焓表示物质在恒温条件下加热或冷却时所吸收或释放的热量。
这两个物理量对于理解和分析热现象具有重要意义。
大学物理热力学基础是物理学的重要分支之一，它为我们提供了理解和分析热现象的基本理论工具。
通过学习热力学基础，我们可以更好地理解能源转换和利用的原理，为未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。
在无机化学的领域中，化学热力学基础是理解物质性质、反应过程和能量转换的重要工具。
本篇文章将探讨化学热力学的基础概念、热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律。
一、化学热力学的基础概念化学热力学是研究化学反应和相变过程中能量转换的科学。
它主要涉及物质的能量、压力、温度和体积等物理量之间的关系。
大学热学知识点总结图
大学热学知识点总结图一、热力学基础知识1. 温度、热量和热平衡温度是物质内部微观运动的表现，热量是能量的一种形式，热平衡是指两个系统之间不再有能量的净传递。
2. 热力学第一定律能量守恒定律，在自然界中能量不会自行减少或增加。
3. 热力学第二定律热量不会自发地由低温物体传递给高温物体，熵增加原理。
4. 热力学第三定律当温度趋近于绝对零度时，任何实体的熵均趋于零，即系统的熵在温度趋近绝对零度时趋于一个常数。
5. 理想气体理想气体状态方程和理想气体内能的表达式。
6. 凝固和融化物质由固态转变为液态称为融化，由液态转变为固态称为凝固。
凝固和融化温度是由物质特性决定的。
二、热力学循环1. 卡诺循环卡诺循环是热机的理想循环，包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种热机的实际循环，包括等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程。
3. 高尔辛循环高尔辛循环是一种蒸汽轮机工作的热力循环过程，包括等压加热、等容膨胀、等压冷凝和等容压缩四个过程。
三、热力学系统1. 开放系统与闭合系统开放系统和闭合系统能够与外界进行物质、能量交换。
2. 热力学过程等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程。
3. 热力学函数内能、焓、吉布斯自由能、哈密顿函数等热力学函数的定义和性质。
四、热传导1. 热传导的基本定律傅里叶热传导定律、傅里叶热传导方程、热导率概念。
2. 热传导的应用导热系数、传热表面积、传热温度差、传热距离等参数。
3. 热传导的热阻和导热系数热阻的概念和计算、导热系数的概念和计算。
五、热辐射1. 热辐射的基本定律斯特藩—玻尔兹曼定律、维恩位移定律、铂居—史恩定律。
2. 黑体辐射和表面发射系数黑体的定义、黑体的吸收、发射和反射的关系。
3. 热辐射的热平衡和热不平衡热辐射的观测和应用。
六、热功学1. 热功学的基本定律各态函数、热力学基本关系和亥姆霍兹自由能、君体—吉布斯函数的性质。
2. 熵增加原理和热功学过程热功学过程的熵增加原理，等熵过程、绝热过程等。
大学热力学基础习题答案
大学热力学基础习题答案大学热力学基础习题答案热力学是物理学中的重要分支，研究物质能量转化和能量守恒的规律。
在大学物理学课程中，热力学是一个重要的内容，学生通过习题练习可以更好地理解和掌握热力学的基本原理和计算方法。
下面将为大家提供一些大学热力学基础习题的答案，希望能够对大家的学习有所帮助。
1. 一摩尔理想气体在等温过程中，从体积V1膨胀到体积V2。
求气体对外界做功W。
答案：根据理想气体的状态方程PV=nRT，可以得到P1V1=P2V2，其中P1和P2分别为气体的初始和末态压强，R为气体常数，T为气体的温度。
由于等温过程中温度不变，所以P1V1=P2V2。
根据气体对外界做功的定义，W=PdV，其中P为气体的压强，dV为气体的体积变化。
将P1V1=P2V2代入上式，可以得到W=P1(V2-V1)。
2. 一个物体的内能U与温度T的关系为U=aT^3，其中a为常数。
求物体的热容C。
答案：热容C定义为物体单位温度变化时吸收或释放的热量与温度变化之比。
根据题目中给出的内能与温度的关系式，可以得到U=aT^3。
对该式两边求导，得到dU=3aT^2dT。
根据热容的定义，C=dU/dT，即C=3aT^2。
所以物体的热容C为3aT^2。
3. 一个物体从初始温度T1加热到温度T2，吸收的热量为Q。
如果将该物体再从温度T2降到温度T1，释放的热量是多少？答案：根据热力学第一定律，物体吸收的热量等于内能的增加，即Q=ΔU。
由于物体在加热过程中内能增加，所以ΔU>0。
而在降温过程中，物体内能减少，即ΔU<0。
根据热力学第一定律的表达式Q=ΔU+W，可以得到释放的热量为Q+W。
由于该物体在加热过程中对外界做正功，所以W>0。
因此，在降温过程中释放的热量为Q+W<0。
4. 一个物体的熵S与温度T的关系为S=bT^2，其中b为常数。
求物体的热容C。
答案：热容C定义为物体单位温度变化时吸收或释放的热量与温度变化之比。
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
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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
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【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教案
大学物理热力学基础教案一、引言1.1 热力学的概念解释热力学是研究物质系统在温度、压力等条件变化时，其宏观性质如何变化的科学。
强调热力学在工程、物理等领域的应用重要性。
1.2 热力学的研究方法描述热力学通过实验和理论分析来研究物质系统的宏观性质。
介绍热力学的基本定律和理论模型。
二、热力学第一定律2.1 能量守恒定律解释能量守恒定律的内容，即在一个封闭系统中，能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
通过示例或实验现象展示能量守恒定律的应用。
2.2 内能定义内能的概念，即系统内部所有分子和原子的动能和势能之和。
解释内能与系统温度、体积等参数的关系。
三、热力学第二定律3.1 熵的概念介绍熵的概念，即系统混乱程度的度量，熵值越大，系统越混乱。
解释熵与系统温度、分子运动等的关系。
3.2 热力学第二定律的表述表述热力学第二定律的不同形式，如熵增原理、卡诺定理等。
通过实际例子或图示展示熵增原理的应用。
四、热力学第三定律4.1 绝对零度的概念解释绝对零度是理论上最低可能的温度，即物质的熵为零的状态。
介绍开尔文温标与摄氏温标的关系。
4.2 熵与绝对零度解释熵与绝对零度之间的关系，即随着温度的降低，熵逐渐减小并趋近于零。
强调熵与绝对零度在热力学研究中的重要性。
五、热力学应用5.1 热机介绍热机的概念，即利用热能转换为机械能的装置。
解释热机的效率和热力学第二定律的关系。
5.2 热传递描述热传递的基本方式，包括导热、对流和辐射。
解释热传递的规律，如傅里叶定律、牛顿热传递定律等。
六、热力学状态方程6.1 理想气体状态方程推导理想气体状态方程PV=nRT，其中P 为压强，V 为体积，n 为物质的量，R 为理想气体常数，T 为温度。
解释理想气体状态方程在一定条件下的适用性。
6.2 物态方程介绍物态方程的概念，它是描述在不同温度和压力下，物质的状态（如固体、液体、气体）如何变化的方程。
举例说明物态方程在实际应用中的重要性。
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》习题册题目及答案第8单元 热力学基础(二)
第8单元 热力学基础（二）序号 学号 姓名 专业、班级一 选择题一 选择题[ B ]1．在下列各种说法中，哪些是正确的? (1)热平衡过程就是无摩擦的、平衡力作用的过程。
(2) (3) (4)热平衡过程在p-V(A)(1)、(2) (B)(3)、(4)(C)(2)、(3)、(4)(D)(1)、(2)、(3)、(4)[ B ]2．下面所列四图分别表示某人设想的理想气体的四个循环过程，请选出其中一个在物理上可能实现的循环过程的图的符号。
[ D ]3．设有以下一些过程：（1） 两种不同气体在等温下互相混合。
（2） 理想气体在定容下降温。
（3） 液体在等温下汽化。
（4） 理想气体在等温下压缩。
（5） 理想气体绝热自由膨胀。
在这些过程中，使系统的熵增加的过程是： (A)（1）、（2）、（3）; (B)（2）、（3）、（4）; (C)（3）、（4）、（5）; (D)（1）、（3）、（5）。
[ A ]4．一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀，体积由1V 增至2V ，在此过程中气体的(A) 内能不变，熵增加; (B) 内能不变，熵减少; (C) 内能不变，熵不变; (D) 内能增加，熵增加。
二 填空题1. 热力学第二定律的克劳修斯叙述是：热量不能自动地从低温物体传向高温物体；开尔文叙述是：不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸热完全转变为有用功而其它物体不发生任何变化。
2. 从统计的意义来解释：不可逆过程实际上是一个 从概率较小的状态到概率较大的状态的转变过程。
一切实际过程都向着状态的概率增大（或熵增加）的方向进行。
3. 熵是大量微观粒子热运动所引起的无序性的定量量度。
若一定量的理想气体经历一个等温膨胀过程，它的熵将增加 (填入：增加，减少，不变)。
三 计算题*１．一致冷机用理想气体为工作物质进行如图所示的循环过程，其中ab 、cd 分别是温度为T 2、T 1的等温过程，bc 、da 为等压过程．试求该致冷机的致冷系数． 解：在ab 过程中，外界作功为 1221ln ||p p RT M MA mol =' 在bc 过程中，外界作功 )(||121T T R M MA mol -=''在cd 过程中从低温热源T 1吸取的热量2Q '等于气体对外界作的功2A '，其值为 ='='22A Q 122ln p p RT M Mmol在da 过程中气体对外界作的功为 )(122T T R M M A m o l -=''致冷系数为 22112||||A A A A Q w ''-'-''+''=)(ln )(ln ln 1212112122121T T p p T T T p p T p p T ----+=121T T T -=2.已知一定量的理想气体经历如图所示的循环过程。
《大学物理》热力学基础练习题及答案解析
《大学物理》热力学基础练习题及答案解析一、简答题：1、什么是准静态过程?答案：一热力学系统开始时处于某一平衡态，经过一系列状态变化后到达另一平衡态，若中间过程进行是无限缓慢的，每一个中间态都可近似看作是平衡态，那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。
2、从增加内能来说，做功和热传递是等效的。
但又如何理解它们在本质上的差别呢?答：做功是机械能转换为热能，热传递是热能的传递而不是不同能量的转换。
3、一系统能否吸收热量，仅使其内能变化? 一系统能否吸收热量，而不使其内能变化?答：可以吸热仅使其内能变化，只要不对外做功。
比如加热固体，吸收的热量全部转换为内能升高温度；不能吸热使内能不变，否则违反了热力学第二定律。
4、有人认为：“在任意的绝热过程中，只要系统与外界之间没有热量传递，系统的温度就不会改变。
”此说法对吗? 为什么?答：不对。
对外做功，则内能减少，温度降低。
5、分别在Vp-图、Tp-图上，画出等体、等压、等温和绝热过程的曲线。
V-图和T6、 比较摩尔定体热容和摩尔定压热容的异同。
答案：相同点：都表示1摩尔气体温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
不同点：摩尔定体热容是1摩尔气体，在体积不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
摩尔定压热容是1摩尔气体，在压强不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
两者之间的关系为R C C v p +=7、什么是可逆过程与不可逆过程答案：可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化；不可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能不重复正过程的每一状态，或者重复正过程时必然引起其它变化。
8、简述热力学第二定律的两种表述。
答案：开尔文表述：不可能制成一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并使其全部变为有用功而不引起其他变化。
克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
9、什么是第一类永动机与第二类永动机?答案：违背热力学第一定律（即能量转化与守恒定律）的叫第一类永动机，不违背热力学第一定律但违背热力学第二定律的叫第二类永动机。
大学物理热力学
02
数学表达式为：不可能通过有限个步骤将一个单一 热源的热量全部转化为机械功而不产生其他影响
04
此外，热力学第二定律还揭示了机械能与内能之间 的转化是不可逆的，即机械能可以完全转化为内能， 而内能不能完全转化为机械能而不产生其他影响
5
卡诺循环与卡 诺定理
卡诺循环与卡诺定理
01
02
卡诺循环是由法国物理学家 卡诺提出的一种理想化循环 过程，包括四个步骤：等温 膨胀、绝热膨胀、等温压缩 和绝热压缩
1
热力学的基本 概念
热力学的基本概念
热力学的基本概念包括系 统、状态、过程和循环等
系统是指研究对象的整体， 可以是气体、液体、固体
等
状态是指系统在某一时刻 的宏观物理量，如温度、
压力、体积等
过程是指系统状态的变化 历程，可以分为等温过程、
等压过程、绝热过程等
循环是指系统经过一系列 状态变化后又回到初始状
此外，热力学还在航天工 程、材料科学等领域得到
应用
11
热力学与其他 学科的联系
热力学与其他学科的联系
热力学与其他学科有着密切的 联系
例如，热力学与统计力学的关 系密切，统计力学从微观角度 研究物质的热力学性质，提供
了对热现象的微观描述
此外，热力学与电动力学也有 一定的联系，如电磁场的能量 和动量等物理量可以与热力学 中的熵和温度等概念相对应
12
未来展望
未来展望
随着科学技术的发展，热力学的研究和应用将 不断深入和扩展
例如，随着能源问题的日益严重，热力学在能 源利用和环境保护方面的应用将更加广泛；随 着纳米技术的发展，热力学在纳米材料和纳米 器件方面的应用将更加深入；随着气候变化和 环境问题的日益严重，热力学在地球科学和环 境科学方面的应用将更加重要
大学物理 热力学基础详解
§ 3 气体的摩尔热容量
热容量：
（简称热容） 表示升高1K所吸收的热量
dQ C dT
（JK-1)
摩尔热容Cm ：当物质的量为1 mol 时的热容。 单位： （Jmol -1 K-1) 比热C比：当物质的量为 1 kg 时的热容。
C MC比
M C Cm M mol
单位： （J kg-1 K-1 )
(1)
理想气体状态方程 对其微分得:
M RdT PdV VdP M mol
M PV RT M mol
(2)
联立（1）、（2），得：
M PV const 将 与 PV RT 联立得: M mol
dP dV 0 P V
－1
PV const. ( 3)
(4)
V
T＝const .
√ (C) -700J
(D) 1000J
1
e
c b
思路: Ta ＝Tb
Vb Va Vb Va
０ 1 4 Eab 0
Va
V(10-3m3)
Qab Aab PdV
Vd
Eacbda 0
Qacbda Aacbda PdV PdV 500 - 1200( J )
-
P
－1
T ＝const . ( 5 )
（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： dV VA a
PA dp A点的斜率： VA dV T
i2 Q A 2
第8章热力学第一定律2(循环修定)
a
Q1
d
T1 T2
T1
b
V2 V3 V1 V4
V3 ln Q2 T2 V4 1 1 Q1 T1 ln V2 V1
第八章 热力学第一定律
P2 P4
A
Q2
P3
T2
V2
c
O V1 V4
V
V3
T2 1 T1
西南大学 大学基础物理学
讨论 （1）要完成循环，必须有高温热源和低温热源。
Q2
V0 图8–15 奥托循环
V V
TeV TbV
1 1
TdV0 TcV0
1
1
西南大学 大学基础物理学
TeV TbV
1 1
TdV0 TcV0
1
(Te Tb )V 1 (Td Tc )V0 1
1
1
Te Tb V0 Td Tc V
V0 Te Tb Q2 1 1 1 Q1 Td Tc V
1
1
1 V V 0
1
1
1
r : 压缩比
效率决定于压缩比。
r 1 可见，奥托循环的
第八章 热力学第一定律
西南大学 大学基础物理学
§8.6 卡诺循环 1824 年法国的年青工程师卡诺对热机的最大可能 效率问题进行理论研究提出的一个理想循环 — 卡诺循 环， 它给出了热机效率的理论极限值。 该循环： 以理想气体为工作物质 由两个准静态等温过程和两个 准静态绝热过程所组成。 工质在两个恒定的高、低温热源 之间工作。
一种。内燃机是燃料在汽缸内燃烧，产生高温高压气
体，推动活塞并输出动力的机械。1872年，德国工程 师奥托（N.A.Otto，1832–1891）研制成功了第一台 四冲程活塞式煤气内燃机。 1883 年，德国人戴姆勒 （ G.Daimler ， 1834–1900 ）成功地制造出了第一台
大学物理 热力学基础详解
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 热力学第二定律
8.3 热力学第二定律
第8章 热力学基础 21
玻尔兹曼 熵 四、 1.定 义
S
S k ln Ω J / K S S1 S 2
熵是系统内分子热运 2. 熵的微观意义 动 无 序 性 的 量 度
3.熵具有可加性
4 . 熵 增 在孤立系统中所进行的自然过程 加 原 理 总是沿着熵增大的方向进行
五、玻尔兹曼熵
作者 杨 鑫
8.3 热力学第二定律
第8章 热力学基础
6
一、热力学第二定律的两种表述
高温热源T1
工作 物质
Q吸
A
A净
Q吸
Q放
Q 低温热源 T放 2
Q放 Q放
0
1
Q放 Q吸
1
在 一 个 循 环 中 循环效 实 率就可 践 只从单一热源吸热 达 到 证 并使之完全变为K
在孤立系统中所进行的自然过程
总是沿着熵增大的方向进行 平衡态对应于熵最大的状态
作者 杨 鑫
ΔS 0
8.3 热力学第二定律
第8章 热力学基础 16
4.根据 ΔS 来判断过程的性质和进行方向
ΔS 0 ΔS 0 ΔS 0
体系自发地向熵 过程不可逆 增大的方向进行 过 程 可 逆 等熵过程 过程不能自发地进行
第8章 热力学基础
3
2.逆循环 (1)定义 (2)致 冷 机
P
o
A净
V
A净 0
(3) 制冷 系数
Q放 A | Q 吸 低温热源T
2
高温热源T1 工 Q 放 作 物 Q吸 质
按逆循 环工作 的机器
作者 杨 鑫
Q吸
大学物理热力学基础知识点及试题带答案
热力学基础一、基本要求1. 理解功、热量及准静态过程的概念。
2. 掌握热力学第一定律，能分析计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量；理解循环过程概念及卡诺循环的特征，并能计算效率和致冷系数。
3. 了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。
4. 了解热力学第二定律及其统计意义。
二、主要内容1. 准静态过程：过程进行的每一时刻，系统的状态都无限接近平衡态。
准静态过程可以用状态图上的曲线表示。
2. 热力学第一定律（1） 热力学第一定律的数学表达式Q=E 2 - E 1 +Ｗ对微分过程为dQ=dE +d Ｗ热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用，其内容表示系统吸收的热量一部分转换为系统的内能，一部分对外做功。
（2） 准静态过程系统对外做功：d Ｗ=pd Ｖ ，Ｗ=⎰12V V pd Ｖ（3） 热量：系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动量，热量也是过程量。
一定摩尔的某种物质，在某一过程中吸收的热量，)(C m12m c,T T M Q -=（4） 摩尔热容：1mo1物质温度变化1K 所吸收或放出的热量，定义式为 dTＱd m,=m c C 其中m 为1mo1 物质吸热。
摩尔定容热容：ＣV , m =摩尔定压热容：Ｃp, m =理想气体的摩尔热容：ＣV, m =，Ｃp, m =Ｃp, m =ＣV, m + 摩尔热容比：=3. 热力学第一定律对理想气体等值过程和绝热过程的应用，详见表1 表1 d =0 =恒量=恒量p =恒量mmmM m Ｔ1nMm Ｔ1nＣV, m =Ｃp, m =4. 循环过程（1）循环过程的特征是E =0热循环：系统从高温热源吸热，对外做功，向低温热源放热，致效率为== 1—致冷循环：系统从低温热源吸热，接受外界做功，向高温热源放热，致冷系数为==（2）卡诺循环：系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。
卡诺热机的效率为= 1—卡诺致冷机的致冷系数为三、习题与解答1、 如图所示，一定量的空气，开始在状态A ，其压强为2.0×105Pa ，体积为2.0 ×10－3m 3 ，沿直线AB 变化到状态B 后，压强变为1.0 ×105Pa ，体积变为3.0 ×10－3m 3 ，求此过程中气体所作的功.解 S ABCD ＝1/2(BC ＋AD)×CD 故 W ＝150 J2、 汽缸内储有2.0mol 的空气，温度为27 ℃，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功. 解 根据物态方程11RT pV v =, 则作功为()J 1097.92231112⨯===-=RT pv V V p W v3、64g 氧气（可看成刚性双原子分子理想气体）的温度由0℃升至50℃，〔1〕保持体积不变；(2)保持压强不变。
大学物理热力学的基本概念与热平衡定律解释
大学物理热力学的基本概念与热平衡定律解释热力学是研究物质的热现象与能量转化规律的学科，在自然科学中具有重要的地位。
热力学的研究对象包括热力学系统、热力学性质以及热力学定律等内容。
本文将介绍热力学的基本概念，并重点解释其中的热平衡定律。
一、热力学的基本概念1. 热力学系统：热力学系统是指研究对象，它可以是一个物体、一组物体或者一个空间范围内的物质。
热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统等不同类型。
2. 热力学性质：热力学性质是指描述热力学系统状态的物理量，如温度、压强、体积、内能等。
这些性质的变化可以通过热力学过程来描述，例如等温过程、绝热过程等。
3. 热力学定律：热力学定律是指总结和归纳得出的描述热力学现象和规律的定律，如热力学第一定律、热力学第二定律等。
二、热平衡定律的解释热平衡定律是热力学第零定律，它是热力学研究的基础。
热平衡定律的核心概念是热平衡，即两个物体之间不存在热量的净交换。
如果两个物体之间达到了热平衡，它们的温度是相等的。
反之，如果两个物体温度不相等，它们之间会发生热量的传递，直到达到热平衡为止。
热平衡定律可以用以下实例来解释。
假设有两个热力学系统A和B，它们之间没有物质交换，只能通过热交换来达到热平衡。
当A和B接触时，它们会发生热量的交换，直到两个系统的温度相等，称为热平衡状态。
在热平衡状态下，系统A和B的内能之和保持不变，即热平衡状态是一种稳定的状态。
根据热平衡定律，我们可以得出一个重要的推论：如果一个物体与另外两个物体都达到了热平衡，那么这两个物体之间也一定达到了热平衡。
这种传递性质使得热平衡成为一个具有普适性的概念，在热力学的研究中具有重要的应用。
总结起来，热力学的基本概念包括热力学系统、热力学性质和热力学定律。
热平衡定律是热力学研究的基石，它描述了热力学系统中热量传递的规律。
根据热平衡定律，我们可以判断系统是否处于热平衡状态，并通过热平衡状态来描述系统的特性。
热平衡定律的解释为我们理解和应用热力学提供了基础。
《大学物理学》热力学基础练习题
《大学物理学》热力学基础练习题《大学物理学》热力学基础一、选择题13-1．如图所示，bcab 1a 和b 2a 功与吸收热量的情况是( )（A ）b 1a 过程放热、作负功，b 2a 过程放热、作负功；（B ）b 1a 过程吸热、作负功，b 2a 过程放热、作负功；（C ）b 1a 过程吸热、作正功，b 2a 过程吸热、作负功；（D ）b 1a 过程放热、作正功，b 2a 过程吸热、作正功。
【提示：体积压缩，气体作负功；三个过程中a 和b 两点之间的内能变化相同，bca 线是绝热过程，既不吸热也不放热，b 1a 过程作的负功比b 2a 过程作的负功多，由Q W E =+∆知b 2a 过程放热，b 1a 过程吸热】13-2．如图，一定量的理想气体，由平衡态A 变到平衡态B 状态A 和状态B 过程，气体必然 ( )（A ）对外作正功；（B ）内能增加； （C ）从外界吸热；（D ）向外界放热。
【提示：由于A B T T <，必有A B E E <；而功、热量是 过程量，与过程有关】13-3．两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性理想气体)，开始时它们的压强和温度都相同，现将3 J 的热量传给氦气，使之升高到一定的温度，若氢气也升高到同样的温度，则应向氢气传递热量为 ( ) （A ）6J ； （B ）3J ； （C ）5J ； （D ）10J 。
【提示：等体过程不做功，有Q E =∆，而2mol M iE R T M ∆=∆，所以需传5J 】13-4．有人想象了如图所示的四个理想气体的循）A （）B （）【提示：(A) 绝热线应该比等温线陡，（B ）和（C ）两条绝热线不能相交】13-5．一台工作于温度分别为327℃和27℃的高温热源与低温热源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2000J ，则对外做功（ ） （A ）2000J ； （B ）1000J ； （C ）4000J ； （D ）500J。
大学物理热力学与温度的测量
大学物理热力学与温度的测量热力学和温度是大学物理中重要的概念，对于研究物质的特性和相互作用具有关键性的作用。
热力学研究的核心问题之一就是温度的测量。
本文将探讨大学物理热力学与温度的测量方法和原理。
一、热力学基础概念热力学是研究热现象和能量转化的科学。
它揭示了物质的热性质和宏观量的关系，为各个领域的研究提供了理论基础。
其中，温度是热力学中的一个重要概念。
温度反映了物体内部微观粒子的平均动能，是一个物体内部微观混乱程度的指示。
二、温度的测量方法1.气体温度计气体温度计是测量温度常用的方法之一。
它基于气体的理想气体状态方程，通过测量气体的压强和体积来确定相应的温度。
2.恒压法恒压法是测量液体和固体温度的方法之一。
它利用了物质的温度和其对应的压强之间的关系。
通过保持压强恒定，测量温度的变化，从而得到物质的温度。
3.热电效应法热电效应法是测量温度最常用的方法之一。
热电效应基于不同材料的电阻随温度变化的特性，通过测量热电材料产生的电压差异来确定温度。
4.光学法光学法是测量温度的一种非接触式方法。
它基于物体表面的辐射特性，通过测量辐射光谱或颜色变化来确定物体的温度。
三、热力学与温度测量的应用温度的准确测量在物理学、化学、生物学等学科研究中都扮演着重要角色。
下面将以几个应用为例说明。
1.热力学研究在热力学研究中，温度的准确测量对于确定物质的性质和状态方程至关重要。
利用各种温度测量方法，可以研究物质的相变、热容量、热传导等性质。
2.工业生产在工业生产中，温度的准确测量对于控制生产过程、优化产品质量具有重要意义。
例如，在钢铁冶炼过程中，通过测量炉内温度，可以及时调整炉温，保证炼钢过程的稳定性和产品质量。
3.环境监测温度的测量在环境监测中也具有广泛应用。
例如，通过测量海洋温度，可以研究海洋循环和海洋生态系统的变化；通过测量大气温度，可以预测天气变化。
四、温度测量的精确性和影响因素温度测量的精确性受到多种因素的影响。
以下是一些常见的影响因素：1.测量仪器的精确性：不同的温度测量仪器具有不同的精确度和测量范围。
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p, V
d W pS d l
p dV
W
dV
S
dl
p-V图
V2
V1
pdV
p
(pA,VA,TA)
(pB,VB,TB)
结论：热力学系统所做的 功在数值上等于p-V 图上过 程曲线以下的面积。
O V1
dV
V2 V
2019/1/15
P.3/42
热力学系统作功的本质：
热力学基础
无规则的分子热运动 与有规则的机械运动之 间的能量转化。
2019/1/15
（
P.7/42
一般气体系统内能：
热力学基础
E Ek (T ) E p (V ) E (T ,V )
——气体内能是系统状态的单值函数
对理想气体的内能：
m i E Ek (T ) RT T ——是温度的单值函数 M 2 m i 做功 E RT 内能变化方式 M 2
热力学基础
dQ dT J K 1
1 1
m dT J K kg 3、摩尔热容 1摩尔物质的热容量。 1 dQ C d T v是摩尔数
（1）定温度升高一度所需要吸收的热量。 dT
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令
Cp CV
i2 Cp R 2
摩尔热容比（绝热系数）
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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
Q
W
Q ( E2 E1 ) W E W
dQ dE dW
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热力学基础
8.1.4 系统内能 ——热力学系统的能量E 内能包含系统内： (1)分子热运动的能量； (2)分子间势能和分子内的势能; (3)分子内部、原子内部运动的能量； (4)电场能、磁场能等。 T 不太高时，系统状态变化主要由: 热运动的能量 分子间势能的变化 所引起，其它形式的运动能量基本不改变。
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作功是通过物体的宏观位移，将 物体有规则的机械能转化为系统 分子无规则热运动能量，从而改 变 E ；
热力学基础
Fire syringe
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8.1.6 热容量 1、热容量 C 物体温度升高一度所需要吸收的热量。 2、比热 单位质量物质的热容量。 1 dQ
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P.14/42
热力学基础
例【8-2】一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对 外做功，则此过程的末态与初态相比， （ D ） A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定
内能变化E只与初末状态有 关，与所经过的过程无关。
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热传递 改变系统状态
P.8/42
8.1.5 热功等效性(1850年提出)
热力学基础
1. 作功和热量传递具有相同的效果 1 卡 = 4.186 J ( 1878年焦耳贡献 ) 2. 热-功转换是不能直接进行的，必须通过内能来转换， 内能是中介； 3. 作功与热传递的区别： 热传递是通过分子间碰撞完成的，即通过微观粒子相 互作用将分子无规则热运动能量自一物体转移到另一 物体 ；
功是过程量 系统对外作功 ： 体积膨胀，
W 0
外界对系统作功 ： 体积收缩
W 0
2019/1/15
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【例8-1】 摩尔理想气体从状态1状态2，设经历等 温过程。求气体对外所作的功是多少？ 【解】
V2
热力学基础
W
3
V1
PdV
V2
V1
RT / V dV
RT lnV2 / V1
(pA,VA,TA)
热力学基础
1 2
2
(pB,VB,TB)
O
V 在整个过程中，系统一直处于非平 衡态，直至过程结束才达到平衡态， 这样的过程称为非静态过程
非平衡态则不能用一组确定的状态 参量来表示，所以也无法在状态图 上表示出来．
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2019/1/15
热力学基础
8.1.2 准静态过程压力的功
Q
E E2 E1
内能减少
W
+
系统吸热 内能增加
系统对外界做功
系统放热
2019/1/15
外界对系统做功
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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;
c
V
P.11/42
热力学基础
（2）定压摩尔热容： Cp 1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
1 dQ dT p
（3）Cv,和Cp,的关系
实验证明： C p CV R ——迈耶公式 i为自由度数：
i CV R 2
体积功的几何意义是什么？
2019/1/15
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8.1.3 热量
热力学基础
系统之间由于热相互作用而传递的能量。
(1798年，美国物理学家本杰明.汤姆逊，即伦福德伯爵 在德国进行炮膛钻空实验时提出此概念；1799年，戴维H. Davy，法拉第的老师，做真空中的摩擦实验，以证明热 是物体微粒的振动所致。) 热量传递的本质：无规则的分子热运动之间的能量转化。 热量是过程量 系统吸热 ：Q 0 系统放热 ： Q 0 （1）传热的条件：系统和外界存在温度差 （2）传热既与系统和外界的状态有关，还与系统所经 历的具体过程有关 热量的单位：国际单位：焦耳（J） 工程单位：卡 1卡 = 4.186 焦耳
§8.1 准静态过程 功 热量 §8.2 热力学第一定律 §8.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 §8.4 理想气体的绝热过程 §8.5 循环过程和卡诺循环 §8.6 热力学第二定律 卡诺定理 §8.9 热力学第二定律的统计意义
热源 Q V
§8.1 准静态过程 功 热量 8.1.1 准静态过程 1. 热力学过程 热力学系统的状态随时间发生变化 的过程。 ——实际过程的中间态为非平衡态。 2. 准静态过程 状态变化过程进行得非常缓慢，以 至于过程中的每一个中间状态都近似 于平衡态。 ——平衡过程——理想过程！ 准静态过程的过程曲线可以用p-V 图来描述，图上的每一点分别表示系 统的一个平衡态。 1 p