大学物理 热力学 教学 ppt课件

A
M
Mi
A E CV T 2 R(T2 T1)
i 2 ( p1V1 p2V2 )
1 Cp CV R = 2
p1V1 p2V2
CV
CV i
1
A
V2 PdV
V1

P1V1 P2V2
1 ppt课件
24
*五、绝热线和等温线的比较 过p-V图中某点（A)
在绝热过程中，外 界对系统所做的功仅取 决于系统的初、末状态。
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2、系统的内能 热量 （1）系统内能 E
广义： 系统内所有粒子各种能量总和。 包括平动、转动、振动能量、化学能、原子能、
核能...等但，不包括系统整体运动的机械能。 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能。
实际气体 E E(T ,V ) M : 理想气体质量
p
（1） 过程方程
p
V 常数 盖.吕萨克定律
T
o V1
V2
V
（2）热力学第一定律的具体形式
V2
M
A pdV
V1

p(V2 V1)

RT
Q

M

C pT
Q pV E
E

M

CV T
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（3）等压摩尔热容
由 Q M C T M iR T M RT
即： E 0
A
Q0
A0
E
违反热力学第一定律
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第二节 热力学第一定律的应用
dV 0 等体过程
等值过程 dp 0 等压过程
dT 0 等温过程
绝热过程 dQ 0
一、等容过程（ dV = 0 ，V = C )
p
p2
（1） 过程方程
p1
P 常数 查理定律 T
O
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做功 热传递
热量：物体间由于温度差别而转移的能量
热量的传递称为传热。传热有三种方式：
热传导、对流、热辐ppt课射件 。
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Q cM (T2 T1) cMT c 物质的比热容
摩尔热容：1摩尔物质在某一过程中温度变化1K时，
吸收或放出的热量。
摩尔热容：C c Q
注意：热量也是过程量
2( p2,V ,T2 )
1( p1,V ,T1)
V
V
15
（2） 热力学第一定律的具体形式
V2
A pdV 0
吸热全部用于增加内能：
V1
M
Q CV T
E

Q

M

CV T
E M i RT
注意： E M iR T
2
2
适用于一切过程
（3）等体摩尔热容
CV
C CP
Q
T2 T1
M
ppCt课P件dT

M

CP
T
11
3. A 与 Q 比较
改变E的
方式
特点
与宏观位移相联系
做功 通过非保守力做功
实现
能量转换
机械 运动
热运动
量度 A
与温差相联系
热传递 通过分子碰撞实现 热运动 热运动 Q
在系统状态变化过程中，A、Q、△E之 间满足一定数量关系
等温线 ： pV=恒量 双曲线
绝热线： pV 恒量
dQ 0
pdQ0
PdT 0
A
1 比等温线陡
a.比较斜率
kT
dP dV
T
P V
kQ


dP dV

Q


P V
kT kQ
b.比较压强变化 由PV M RT有 P M N0 R T nkT
A： 准静态过程 非静态过程
V2
A pdV
V1
A Q E
等体 等压 绝热
Q

M

CV T
Q

M

C pT
Q=0
或 Q E A
等温（准静态） Q A pVln V2
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V1
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练习1
理想气体的下列过程，哪些是不可能发生的？ (1) 等体加热，内能减少，压强升高 (2) 等温压缩，压强升高，同时吸热 (3) 等压压缩，内能增加，同时吸热 (4) 绝热压缩，压强升高，内能增加
讨论：
为 什 么 C p CV ?
设系统由 T1 T2 (T2 T1)，
无论何种过程，E 相同。
若 V c A 0 Q1 E 若 p c V 0 A 0 Q2 E A Q1
C p CV
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三、等温过程 ( dT = 0 T = C ) p
理想气体
E

M

i 2
RT
其中i:
R
: 理想气体摩尔质量 理想气体分子的自由度 : 理想气体普适恒量
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T
: 理想气体绝对温度 9
① 内能 E 是状态函数
内能变化 △E 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。 ② 改变内能的方式 （2） 热量的计算
Cn (n )CV / (n 1)
等压过程：d p 0 n 0
p
n0
等体过程: dV 0 n
等温过程：dT 0 绝热过程：Q 0
n 1
n ppt课件
n
o
n 1
n
26 V
小结： E, A, Q 求 法
E
Q：
M

CV T
QA
F pS
dA Fdl pSdl pdV
A V2 pdV 注意：非静态
V1
过程不适用
示功图： p - V 图上过程曲线下的面积
结论：在准
dA
静态过程中，
系统对外做
的功在数值
上等于P-V图
上过程曲线
下 方ppt的课件面 积 。
6
dV 0 A 0 dV 0 A 0 dV 0 A 0
系统对外界作功时, A 0,反之A 0
系统的内能增加时
,
E2
E ppt课件 1
0,反之E2
E1
0
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(2) 物理意义：
热力学第一定律是涉及热运动和机械运动的能量 转换和守恒定律。
(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回到初态， 不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功。

V N0
使同一理想气体从相同初态压缩相同体积 dV
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(dP)Q (dP)T
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*5. 多方过程(一般情况)
pdV V d p M RdT

dQ dE d A
pV n 常 量
M

Cn
dT

M

CV
dT

p dV
其中n Cn Cp ,称为多方指数，n在0 ~ 之间取值。 Cn CV
开放系统 与外界有 m、E 交换
系统 封闭系统 与外界有 E 交换，无 m 交换
孤立系统 与外界无 E、m 交换
例
开放系统
封闭系统
绝 热
孤立系统
热力学：研究热力学系统的ppt状课件态及其变化的规律。 3
二、状态参量 平衡态
1. 描述系统宏观性质的物理量：p、T、V、E ...
广延量 m, 有可加性， 如 V、E
pdV Vdp 0 两边同除以 pV 有
dV dp 0 两边积分，得
Vp
lnV ln p c0 ln pV c0 pV ec0 常数
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（2）热力学第一定律的具体形式
Q0
E

M

CV T0

M

CV T


3 2
R
12.5 J mol-1 K-1
CV

(
Q M T
)dV 0

(
E M T
)dV 0

i 2
R

CV

5 2
R

20.8 J mol-1 K1


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CV

6 2
R

24.9
J mol-116 K1
二、等压过程 ( dp = 0 p = C)
这种关系就是包含热运动和机械运动范围的能量守恒与转
化定律 热力学第一定律
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3 热力学第一定律
（1） 热力学第一定律的数学形式
Q (E E ) A
2
1
微变过程： dQ dE dA
准静态过程：dQ dE PdV
理想气体：
dQ M i RdT PdV
2
系统从外界吸收热量时,Q 0,反之Q 0

M T2
T1
C dT

M

C
T
等体摩尔热容：1摩尔理想气体在等容过程中温度变化
1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
C CV
Q
T2 T1
M

CV dT

M

CV
T
等压摩尔热容：1摩尔理想气体在等压过程中温度变
化1K时，吸收或放出的热量。（无相变和化学反应）
综上所述:
在1 I 2过程中：
T1I 2 0, E1I 2 0, A1I 2 0, Q1I 2 0 在1 II 2过程中：
T1II2 0, E1II2 0, A1II2 0, Q1II2 0
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30
例：有bmol理想气体，其定容摩尔热容为3R/2，
20
四、绝热过程
特点： dQ = 0
绝热材料 快速进行 （如气体自由膨胀）
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（1） 过程方程 热力学第一定律
dQ dE dA 0
条件
准静态：
M

CV dT
pdV
0
理想气体： pV M RT

pdV Vdp M RdT

消去dT
C p CV R
Cp
同 学 们 好
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1
第三章 热力学基础
结构框图
热力学系统 内能变化的
两种量度
功 热量
热力学
应用
第一定律 （理想气体）
等值过程 绝热过程
热力学 第二定律
（对热机效率 的研究）
循环过程 卡诺循环
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2
第一节 热力学第一定律
一、热力学系统 外界
大量粒子组成的宏观、有限的体系。 与热力学系统比邻的周围环境称为外界。
答案：不可能发生的有: (1), (2), (3)
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例1.讨论理想气体在如图所示两过程中,ΔT,ΔE,A 和Q的正负.
解 : 过程1 2为绝热膨胀(Q12 0)，对外作功A12 0。由热 力学第一定律Q12 E12 A12知，E12 A12 0; T12 0。
CV
pV 恒量 p 1T 恒量 V 1T 恒量
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过程方程的推导
M
CV dT pdV 0
pdV Vdp M RdT

消去dT pdV Vdp pdV R CV
pdV (1 R ) Vdp 0 令 Cp 有
CV
CV
三、准静态过程
1.准静态过程
热力学系统的状态随时间变化的过程叫做热力学过程，简 称过程。按平衡性质分，热力学过程可分为：
准静态过程： 初态、末态及中间态无限接近平衡态 的过程。这是一种进行得非常缓慢的 过程（判据：弛豫时间）。
非静态过程：至少有一个态是非平衡态的过程。
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2.准静态过程的功
思考： 是否 V2 V1
p
则由1 2的任何过程A 0 ?
注意：功是过程量
过程不同，曲线下面积不同
（可正、可负、可零）
o
V ppt课件
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四、热力学第一定律
1.焦耳实验
如果一个系统经过一个过程， 其状态的变化完全由于 机械的或电磁的作用，则称此过程为绝热过程。在绝热过 程中外界对系统所做的功称为绝热功。 焦耳实验结果表明： 用各种不同的绝热过程使物体升高一定的温度， 所需的功 在实验误差范围内是相等的， 如图所示。
p
2

C p

(
Q M T
) dP0

i
2 2
R

C V

R

C p

5 2
R

20.8
Cp

i2 2
R Cp

7 2
R

29.1
C p

8 2
R

33.2
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可得
J mol-1 K1 J mol-1 K1 J mol-1 K1
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强度量 无可加性，如 p、T
平衡态：无外界影响时，孤立系统的宏观Байду номын сангаас质不随时 间变化的状态，称为热力学平衡态。此时，状态参量 有确定的值。
（1）平衡态是一种理想模型，包括（力学、热学、化学）平衡 （2）平衡态和稳衡态
平衡态：孤立系统，无外界影响，状态不变 稳衡态：非孤立系统，受外界ppt影课件响，状态不变，是非平衡态4
判定 Q的正负：
由图知:
E1Ⅰ2 E12 E1Ⅱ2
T1Ⅰ2 T12 T1Ⅱ2
A1Ⅰ2 A12 A1Ⅱ2
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Q1Ⅰ2 E1Ⅰ2 A1Ⅰ2 E12 A1Ⅰ2 A12 A1Ⅰ2 0
Q1Ⅱ2 E1Ⅱ2 A1Ⅱ2 E12 A1Ⅱ2 A12 A1Ⅱ2 0
（1）过程方程
p1
p1V1 p2V2
p2
玻意耳 — 马略特定律
o V1
V2
V
（2）热力学第一定律的具体形式
E 0
V2
A
V1
pdV
M V2

V1

RT
dV V

M

RTln V2 V1

M

RTln
P1 P2

P1V1ln
V2 V1

P2V2ln
P1 P2
QA
吸收的热量ppt课全件 部用于对外做功