经典热力学概要

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第一章经典热力学基础

环境对系统作功：W > 0；（即系统从环境中得到功）
请注意
1. Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关；
2. Q和W不具有全微分性质，其微小
改变量用表示，如 Q 、W
3.体积功的表示为：We PedV
We
V2 V1
pedV
3、热力学能（内能）
• 是指系统内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
基本内容
• 第一节热力学基本概念 • 第二节热力学第一定律 • 第三节可逆过程与最大功 • 第四节焓与热容 • 第五节热力学第一定律对理想
气体的应用
• 第六节热化学 • 第七节热力学第二定律 • 第八节卡诺循环和卡诺定理 • 第九节过程的热温商与熵函数
• 第十节熵变的计算 • 第十一节熵的统计意义和热力
15
第四节焓与热容
一、等容热和等压热
1. 等容热在不作非膨胀功(即Wf = 0)，且体积不变时，系统与环境交换的热，用QV表示， QV就称为等容热。
因 dV= 0, δW= -PdV = 0, 所以有： ΔU= QV+W= QV
即：不作非膨胀功的等容情况下： ΔU= QV 或 dU = δQv
例题
求等压时，1mol 甲烷从298K升温到 898K时所吸收的热量。已知CH4(g)的等压摩尔热容与温度的关系为：
Cp,m 14.318 74.633103T 17.426106T 2
解：
H
QP
T2 T1
nCP,mdT
QP
T2 (a bT cT 2 )dT
相互作用或影响所能及的部分称为环境。

热力学概论课件

体系与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。
功可分为膨胀功和非膨胀功两大类。W的取号：
环境对体系作功，W < 0；体系对环境作功，W > 0。
Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关。
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1/18/2020
1．2 热力学第一定律
热力学能（thermodynamic energy）以前称为内能（internal energy）,它是指体系内部能量的总和，包括分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
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1/18/2020
功与过程
压缩过程
将体积从V2 压缩到V1 ，有如下三种途径：
1.一次等外压压缩
在外压为 p1下，一次从 V2 压缩到 V1 ，环境对体系所作的功（即体系得到的功）为：
W' e,1

p1(V1
V2 )
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1/18/2020
功与过程
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1/18/2020
热力学的方法和局限性
热力学方法 •研究对象是大数量分子的集合体，研究宏观性质，所得结论具有统计意义。
•只考虑变化前后的净结果，不考虑物质的微观结构和反应机理。
•能判断变化能否发生以及进行到什么程度，但不考虑变化所需要的时间。
局限性不知道反应的机理、速率和微观性
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1/18/2020
可逆过程（reversible process）
可逆过程的特点：
（1）状态变化时推动力与阻力相差无限小，体系与环境始终无限接近于平衡态；

(优选)经典热力学概要

热力学第一定律：热力学体系状态变化过程中能量守恒。作功与传热是体系与环境之间交换能量的两种方式，并且是仅有的方式。人们发现体系状态变化所伴随的功和热常常不相等，不过二者的差值取决于体系的始态和终态。人们意识到体系存在一个具有能量性质的状态函数，定义其为体系的内能。于是，热力学第一定律就可表达为
由于热力学状态参量和状态函数都是对于体系整体属性的描述，只有在平衡态才有意义，因此，当用这些状态参量和状态函数描述体系状态变化的过程时，变化过程必须是由无数个平衡态构成的序列，即变化过程的每一个瞬间体系都处于平衡态，这种变化过程称为可逆过程，因为这种变化过程是可以时间反演的。
可逆过程是假想的理想过程，实际中并不存在。当一个变化过程进行得无限缓慢时，近似于可逆过程。
G H TS F PV ：自由焓，又称为吉布斯（Gibbs）自由能或
等压位能，是指与个体相关的能量总和。
1
1.4 状态参量与状态函数的数学特性、盖斯定律
状态参量与状态函数只与体系的状态有关，因此具有如下变到状态2，任一状态函数或状态参量 Z 的变化量等于
两个状态下该状态函数或状态参量的差值，与状态变化经历的路径无关，
2
热力学第二定律描述了自然界中自发进行的过程所具有的不可逆性和能量耗散行为。正是不可逆过程所共同具有的能量耗散特性引起了十九世纪热力学家们的注意，使他们意识到应当能够找到一个比较自发过程不可逆性的统一标准。经过长期努力，终于由Clausius找到了“熵”这个状态函数，用它可定量表述自发过程的单方向性和进行程度。
即
2
2
Z
dz
1, road A
dz
1, road
B
Z2
Z1
dz 0

热力学复习要点梳理与总结

热力学复习要点梳理与总结热力学是物理学中的重要分支，研究物质及其相互作用中所涉及的能量转化与传递规律。

为了更好地复习热力学知识，以下是热力学的核心要点进行梳理与总结。

一、热力学基本概念1. 热力学系统：指所研究的物质或物质的集合。

可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统三种。

2. 热力学平衡：指热力学系统各个部分相互之间没有宏观可观测到的差别。

3. 热力学第零定律：当两个系统与第三个系统分别达到热力学平衡时，这两个系统之间也达到热力学平衡，它们之间的温度相等。

4. 热力学第一定律：能量守恒定律，系统的内能变化等于系统对外做功加热量的代数和。

5. 热力学第二定律：自发过程只会在熵增加的方向上进行。

二、热力学方程1. 理想气体状态方程：pV = nRT，其中p表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的摩尔数，R为气体常量，T表示气体的温度。

2. 等温过程：系统温度恒定，内能不变。

pV = 常数。

3. 绝热过程：系统与外界没有能量的交换，熵不变。

pV^γ = 常数，其中γ为气体的绝热指数。

4. 等容过程：系统体积恒定，内能变化全部转化为热量。

p/T = 常数。

5. 等压过程：系统压强恒定，内能变化全部转化为热量。

V/T = 常数。

6. 等焓过程：系统焓恒定，内能变化全部转化为热量。

Q = ΔH，其中Q表示吸热量，ΔH表示焓变化。

三、热力学循环1. 卡诺循环：由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩四个过程组成，是一个理想的热力学循环。

它能够以最高效率转换热能为功。

2. 斯特林循环：由等容膨胀、绝热膨胀、等容压缩、绝热压缩四个过程组成，可应用于制冷领域。

四、热力学熵1. 熵的定义：系统的无序程度。

dS = dQ/T，其中dS表示系统熵变，dQ表示系统吸热量，T表示系统温度。

2. 熵增原理：孤立系统熵不断增加，自发过程只能在熵增加的方向上进行。

3. 等温过程中熵变：ΔS = Q/T。

五、熵与热力学函数1. 熵与状态函数：熵是状态函数，只与初末状态有关，与过程无关。

热力学的基本原理

热力学的基本原理
热力学的基本原理是热力学第一定律和第二定律：
1. 热力学第一定律（能量守恒定律）：能量不会被创造或消失，只会在物质之间进行转化或传递。

它表达了能量在系统中的守恒原理，即能量的增加等于输入系统的热量和对外界做功的总和。

数学表达式可以写作ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能量的变化，Q表示系统获得的热量，W表示系统对外界做的功。

2. 热力学第二定律：热量不会自行从低温物体传递到高温物体，而是反过来从高温物体传递到低温物体。

热力学第二定律主要包括两个重要原理：
- 热力学第二定律的Kelvin-Planck表述：不能从单一热源中完全获取热量并将其全部转化为功而不引起其他效果。

简单来说，不可能制造一个只吸收热量而不产生其他影响的永动机。

- 热力学第二定律的Clausius表述：热量不能自行从低温物体传递到高温物体，而是需要借助外界做功或通过一个温度比它更高的热源。

简单来说，热量只能由高温物体向低温物体传递，不可能自行逆向流动。

这些基本原理为热力学提供了数学工具和理论基础，用于描述和解释能量转化和传递的过程，以及系统内的热力学性质和热力学平衡状态。

高三热力学知识点总结

高三热力学知识点总结热力学是物理学的一个分支，研究热量转化为功的能力和与其相关的性质和过程。

在高三物理课程中，我们学习了一些重要的热力学知识点。

本文将对这些知识点进行总结。

1. 理想气体状态方程理想气体状态方程是热力学的基础公式之一，表达了理想气体的状态与温度、压力和体积之间的关系。

它可以表示为：PV = nRT，其中P为气体的压力，V为气体的体积，n为气体的物质的摩尔数，R为气体常数，T为气体的温度。

2. 热力学第一定律热力学第一定律也称为能量守恒定律，它表达了能量在物理系统中的守恒原理。

根据热力学第一定律，能量可以从一个物体传递到另一个物体，但总能量保持不变。

这个定律可以表示为：ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的改变，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。

3. 热力学第二定律热力学第二定律表达了热量转化为功的方向性原理。

根据热力学第二定律，热量不会自动从低温物体传递到高温物体，而是只能从高温物体传递到低温物体。

这个定律也可以通过熵增定律来表达，熵增定律指出熵在自然过程中总是增加的。

4. 热力学循环热力学循环是由一系列热力学过程组成的过程，最终回到初始状态。

在高三物理中，我们学习了两种常见的热力学循环：卡诺循环和斯特林循环。

卡诺循环是一个理论上的完美热力学循环，它由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。

斯特林循环是一种理想化的热力学循环，常用于发动机的工作原理。

5. 热容与比热容热容是一个物体吸收一定量热量时温度的变化程度，可以表示为C = Q/ΔT，其中C表示热容，Q表示吸收的热量，ΔT表示温度的变化量。

比热容是热容和物质质量的比值，可以表示为c = C/m，其中c表示比热容，C表示热容，m表示物质的质量。

6. 相变过程相变是物质由一种相态转变为另一种相态的过程。

常见的相变过程有融化、凝固、汽化、凝华和升华。

在相变过程中，物质吸收或释放大量的潜热，但温度保持不变。

第一章 2 经典热力学概述

２，功(work) 在热力学中，把除了热以外，在体系与环境之间交换的其它能量形式统称为功（Work），并用W表示，规定体系对环境作功时W<0，环境对体系作功时W>0。功 = 强度性质× 广度性质的改变量膨胀功 = Ｐ（压力）× ｄｖ（体积变量）机械功 = ｆ（力）× ｄｌ（位移变量）电功 = Ｅ（电压差）× ｄｖ（电量变量）
3、性质之间关系
热力学不能指出最少需要指定那几个性质，体系处于定态。一般来说，热力学平衡的封闭体系，确定2个强度性质，其他性质随之而定。广度性质与强度性质有上述区别，若将体系的某一广度性质除以体系的总质量或总摩尔数，就变成体系的强度性质。例体积是广度性质，但摩尔体积则是强度性质。
四、状态、状态变量和状态函数
1-3经典热力学概述
一、热力学热力学是研究各种过程能量相互转化所应遵循规律的科学。它以人类长期实践总结出来的热力学基本定律为基础。 • • • • • 热力学的根据是三个事实： 1、不能制出永动机器； 2、不能使一个自然发生的过程完全复原； 3、不能得到绝对零度。这也就是热力学第一、第二、第三定律，乃无数实验结果的总结。根据这三个定律可以导出许多有用的结果，解决许多实际的问题。
二、热力学平衡态
当体系的诸性质不随时间而改变，则体系就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡：相平衡（phase equilibrium）多相共存时，各相的组成和数量不随时间而改变。热平衡（thermal equilibrium）体系各部分温度相等。化学平衡（chemical equilibrium ）反应体系中各物的数量不再随时间而改变。力学平衡（mechanical equilibrium）体系各部的压力都相等，边界不再移动。如有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学平衡。

热力学基础总结(物化)

第二章热力学基础小结这一章主要讲了热力学第一定律和热力学第二定律。

一、热力学第一定律U=Q+W ∆ （封闭系统，任何过程） dU=Q W δ+δ （封闭系统微变过程）二、热力学第二定律1、热力学第二定律的数学表达式，Clausius 不等式：QdS T δ≥B A Q S Tδ∆≥⎰ > 为不可逆＝为可逆2、熵的定义式rQ dS Tδ=BAS Br B A S AdQ dS S S S T=-=∆=⎰⎰三、状态函数及其关系式1、状态函数关系式：（定义式） H = U + pV|| ||G = A + pV+ + TS TS2、热力学的四个基本方程:（适用条件：恒定组成，只作体积功的封闭系统） dU TdS pdV =- dH TdS Vdp =+dA SdT pdV =-- dG SdT Vdp =-+3、对应系数关系式： V p U ()()T S S ∂∂H ==∂∂ S T U A()()p V V ∂∂==-∂∂ S T H G()()V p p∂∂==∂∂ V p A G ()()S T T ∂∂==-∂∂4、Maxwell 关系式：S V T p )()V S ∂∂=-∂∂； S p T V )()P S ∂∂=∂∂； T V S p )()V T ∂∂=∂∂； T p S V)()P T∂∂=-∂∂；四、各种判据的比较：五、各种热力学函数的计算公式： 1、体积功的计算（1）、定义式：21V BB e V W W p dV δ==-∑⎰（2）、反抗恒定外压过程：21V e e 21V W p dV p (V V )=-=--⎰（3）、可逆过程：21V III V W = pdV -⎰（4）、理想气体恒温过程：1221V pW= nRTlnnRTln V p = （5）、有气体参加的相变过程：体系在恒温恒压下由凝聚相α转变为气相(g)β.W p(V V )pV nRT βαβ=--=-=-（6）、绝热过程： 0a Q = ,21,()a V m V m W U nC T T nC T =∆=-=∆2、热效应的计算（1）、恒容热： V Q U=∆（封闭系统，恒定W ′= 0）2211T T V V V.m T T Q U C dT n C dT =∆==⎰⎰（2）、恒压热：21p Q H H H =-=∆ （封闭系统，恒压，'0W =）2211T T p p p.m T T Q H C dT n C dT =∆==⎰⎰（3）、理想气体恒温可逆过程：12TT 21V pQ W nRTlnnRTln V p =-== （4）、绝热过程：0a Q =3、热力学能的计算（1）、封闭系统，任何过程： U=Q+W ∆ （2）、理想气体恒温过程：U ∆=0 （3）、均相物质变温过程：2211T T V V.m T T U C dT n C dT ∆==⎰⎰（4）、绝热过程：U W∆=4、焓变的计算（1）、封闭系统：()()2211HU pV U p V pV ∆=∆+∆=∆+-（2）、理想气体恒温过程：H ∆＝0 （3）、均相物质变温过程：2211T T p p.m T T H C dT n C dT ∆==⎰⎰（4）、恒压过程：()HU p V ∆=∆+∆（5）、可逆相变过程：p m HQ n H βα∆==∆（6）、不可逆相变过程设计过程完成。

1.1-1.2热力学概述

第一章热力学第一定律
第一节
热力学概论
一、热力学研究的基本内容
热力学是研究宏观体系在能量转换过程中所遵循的规律的科学。主要研究： • 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； • 研究化学变化的方向和限度。热力学以热力学第一定律和第二定律为基础，它是物理化学中最基本的定律。
2、功（work）--系统与环境之间传递的除热以外的其它能量都称为功，用符号W表示。系统对环境作功，W<0 环境对体系作功，W>0
六、热和功
功的种类: 功的种类在化学热力学中，将功分为两种，体积功（W）非体积功（W′）
途径I C 终态Y
途径：系统所经历过程的总和。途径：始态 - - - - -→ 终态系统所经历过程的总和。
始态A
B 途径II
这套处理方法是热力学中的重要方法，通常称为状态函数法。状态函数法
六、热和功
热和功是能量传递或交换的两种形式： 1、热（heat）-- 系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q 表示。 Q的取号：体系吸热，Q>0；体系放热，Q<0 。
四、状态函数与状态方程
状态函数的微分为全微分，状态函数的微分为全微分，全微分的积分与积分途径无关。分途径无关。 X 即： ∆X = dX = X − X
∫
2
X1
2
1
全微分为偏微分之和：全微分为偏微分之和：
z = f ( x, y ) ;
以 V = f (p,T ) 为例
∂z ∂z dz = dx + dy ∂x y ∂y x
二、化学热力学研究的内容
将热力学的基本原理应用于化学现象及与化学有关的物理现象的规律的研究(如在一定条件下，热平衡、化学平衡及相平衡的规律），就称为化学热力学。 • 研究对象是大数量分子的集合体（宏观性质）。

《热力学概论》课件

热力学第二定律的证明
01
热力学第二定律可以通过实验来证明，例如卡诺循环实验。
02
卡诺循环实验表明，热机在循环过程中，从高温热源吸收的热量不可能全部转化为机械功，其中一部分热量会以热的形式传递给低温热源。
03
此外，热力学第二定律也可以通过熵的概念来证明。根据熵增原理，封闭系统的熵总是增加的，这意味着自发变化总是向着熵增加的方向进行，即热量总是自发地从高温物体传递到低温物体。
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热力学第一定律的证明
总结词
热力学第一定律的证明基于实验观测和微观分子动理论。实验表明，封闭系统中的能量守恒，而分子动理论则解释了能量转换和传递的机制。
详细描述
要证明热力学第一定律，我们可以从实验观测出发，通过测量封闭系统在不同过程中的能量变化，发现总能量保持不变。微观分子动理论则从微观角度解释了能量守恒的原因，即分子运动和相互作用的本质导致能量的守恒。
03
热力学第二定律
热力学的第二定律的内容
01
热力学第二定律指出，不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。
02
这一定律揭示了热量传递的方向性和热量的损失性，即热量只
能自发地从高温物体传递到低温物体，而不是相反。
热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它限制了热力学系
03
统的自发变化方向和范围。
02
热力学第一定律
热力学的第一定律的内容
总结词
热力学第一定律是能量守恒定律在热现象领域中的应用，其内容是：在一个封闭系统中，能量不能消失或产生，只能从一种形式转化为另一种形式。
详细描述
热力学第一定律指出，能量在转换和传递过程中是守恒的。这意味着在一个没有能量交换的系统内，系统的能量总量保持不变。能量的形式可以发生变化，例如从机械能转化为热能，但总能量保持不变。

热力学基础理论概述

热力学基础理论概述热力学是物理学的一个重要分支，它研究物质的能量转化与传递规律，是自然科学中最基本和广泛应用的学科之一。

热力学的发展始于18世纪，通过对热量、温度、压力等物理量的研究，揭示了自然界中能量转化的基本原理。

热力学理论的基本概念包括系统、边界和环境三个要素。

在热力学中，系统是指所研究的物体或物质，在系统内外的边界可以与环境进行热、功和物质的交换。

环境是指系统所处的外界，与系统发生能量和物质交换的过程常常发生于边界上。

热力学的核心思想是能量守恒和熵增原理。

能量守恒原理指的是在封闭系统中，能量总量始终保持不变，只能在系统内部进行转化。

热力学第一定律即能量守恒定律表明，在系统内部的能量转化过程中，能量的增减量等于系统所吸收或放出的热量与所做的功的总和。

热力学第二定律以熵增原理为基础，指出自然界中的过程是不可逆的，即熵总是在自然过程中增加。

熵是一个描述系统混乱程度的物理量，也是热力学中最重要的概念之一。

熵增原理提供了判断过程可逆性的依据：若一个过程导致系统和环境的总熵增加，那么这个过程就是不可逆的。

热力学的基本量纲参数包括温度、压力和容积。

温度是测量物体热平衡状态的物理量，物体的温度越高，其分子内部的动能越大。

压力是单位面积上的力的大小，压力越大，分子间的碰撞力越强。

容积则表示物体所占的空间大小。

热力学的基本定律包括零th定律、第一定律和第二定律。

零th定律是关于物体温度的传递和平衡的定律，它表明如果两个物体与第三个物体分别达到热平衡，在没有热量交换的情况下，这两个物体之间的温度要相等。

第一定律就是我们之前提到的能量守恒定律，它描述了能量转换的原则。

第二定律是关于能量传输方向的定律，指出自然界中的过程总是朝着熵增的方向发展。

热力学在工程领域有着广泛的应用，例如蒸汽发电厂、空调系统以及化学反应等都离不开热力学的理论指导。

通过对热力学的研究，我们能够更好地理解和改善能源利用效率，提高工程系统的性能和可靠性。

热力学知识点

热力学知识点热力学是研究热量和能量转化的物理学科，涉及到能量在热力学系统中的转移和转化过程。

在热力学中，有一些重要的知识点需要我们了解和掌握，下面将逐一介绍这些知识点。

一、热力学基本概念热力学是研究热现象和动力学相互关系的物理学科。

研究的范围包括热平衡、热力学第一定律、热力学第二定律等内容。

1. 热平衡：热平衡是指在热力学系统中，系统内各部分之间没有热传递的过程。

在热平衡状态下，系统内各部分的温度是相等的。

2. 热力学第一定律：热力学第一定律是指能量守恒定律，即能量不会自行消失，也不会自行产生，只能在各种形式之间相互转换。

3. 热力学第二定律：热力学第二定律是指热量不可能自发地从低温物体传递到高温物体，而只有从高温物体传递到低温物体。

二、热力学参数在热力学中，有一些重要的参数需要我们了解，这些参数可以帮助我们描述和分析热力学系统的性质。

1. 温度：温度是物体内部微观粒子热运动的程度，是衡量物体热量高低的物理量。

2. 热量：热量是物体内部由于温度差异而传递的能量，是物体的一种能量形式。

3. 内能：内能是热力学系统内部分子和原子的热运动能量，是系统的一个基本性质。

4. 熵：熵是描述系统无序程度的物理量，是系统能量分布的一种统计性质。

三、热力学循环热力学循环是指在热力学系统中，系统经过一系列的过程后，最终回到初始状态的过程。

常见的热力学循环包括卡诺循环、布雷顿循环等。

1. 卡诺循环：卡诺循环是一个理想的热力学循环过程，由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成。

2. 布雷顿循环：布雷顿循环是一种内燃机循环过程，应用于内燃机和蒸汽轮机等发动机中。

四、热力学方程热力学方程是描述热力学系统中热量和能量转化关系的数学表达式，包括理想气体方程、卡诺循环效率等。

1. 理想气体方程：理想气体方程描述了理想气体状态下温度、压力和体积之间的关系，即PV=nRT。

2. 卡诺循环效率：卡诺循环效率是指卡诺循环中高温热源和低温热源之间能量转化的效率，其最大效率与工作物质的性质有关。

热力学的基本概念

热力学的基本概念热力学是自然科学中的一个重要分支，研究能量的转化和传递规律以及物质的性质在能量改变过程中的变化。

它是物理学和化学的基础，也是工程学中能源转化和利用的理论基础。

本文将介绍热力学的基本概念。

一、热力学第一定律热力学第一定律又称能量守恒定律，它表明能量在一个系统中是守恒的。

能量可以从一个物体传递到另一个物体，但总能量的量是不变的。

根据能量守恒定律，热力学可以通过研究能量的转化和传递过程来分析物体的行为和特性。

二、热力学第二定律热力学第二定律研究的是热现象的方向和能量转化的效率。

根据第二定律，热量自然地从高温物体流向低温物体，不可能自发地从低温物体流向高温物体。

这个原理也被称为热传导的不可逆性。

热力学第二定律还包括热力学温标和熵的概念。

热力学温标将热能与物体的可逆过程联系起来，建立了温度的绝对尺度。

熵是一个衡量系统无序程度的物理量，熵的增加反映了系统的混乱程度的增加。

三、热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋近于绝对零度时，所有物质的熵将趋于零。

绝对零度是温度的下限，表示物体所具有的最低能量状态。

热力学第三定律为研究低温物理学和固体物理学提供了重要的理论基础。

四、热力学循环热力学循环是指在一定条件下，在工作物质与热源和冷源之间通过一系列的热力学过程进行能量转化和传递的循环过程。

常见的热力学循环包括卡诺循环和斯特林循环等。

五、热力学平衡热力学平衡指系统中各部分之间没有流动和状态不再发生变化的状态。

热力学平衡是热力学研究的基本概念之一，它是研究系统的宏观性质和宏观变化规律的基础。

六、热力学势热力学势是描述系统热力学状态的函数，常用的热力学势有内能、焓、自由能和吉布斯自由能等。

热力学势可用于分析和研究系统的稳定性、平衡性以及能量转化和传递的效率等。

总结本文介绍了热力学的基本概念，包括热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学循环、热力学平衡和热力学势等。

通过深入理解这些基本概念，我们可以更好地理解和应用热力学原理，为研究和实践中的问题提供有效的解决方案。

热力学基本原理

体积
描述物体占据空间大小的物理量，与温度和压力密切相关。
02
热力学第一定律
能量守恒定律
能量守恒
热力学系统中能量的总量保持不变，即能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转换为另一种形式。
能量转换
在封闭系统中，能量可以从一种形式（如热能）转换为另一种形式（如机械能），但总能量保持不变。
热力学能、功与热量
04
热力学基本方程与状态方程
热力学基本பைடு நூலகம்程
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变，即能量守恒定律。
热力学第二定律
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
多方过程与可逆过程
多方过程
系统状态变化时，其压强和体积同时发生变化的过程。多方过程可以是可逆的，也可以是不可逆的。在可逆多方过程中，系统的压强和体积的变化是无限缓慢的，且没有耗散效应。
VS
可逆过程
系统状态变化可以沿着相反的方向进行，且不会留下任何痕迹的过程。可逆过程是理想化的过程，实际中很难实现，但可以作为分析和计算的基础。
热力学基本原理
汇报人：XX
2024-01-11
• 热力学基本概念 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 热力学基本方程与状态方程 • 热力学过程与循环 • 热力学在能源利用与环境保护中的应
用
01
热力学基本概念
热力学系统与状态
热力学系统
热力学研究的对象，由大量微观粒子组成，并与其周围环境相互作用的宏观物质系统。

热力学基础内容提要

内容提要
热力学基础
1．准静态过程系统对外所作的功：
⎰=⋅=21V V d ,
d d V P W V P W 2．热量： T C Q d d m μ= ⎰=T C Q d m
μ 定容摩尔热容： R i C 2
V =
定压摩尔热容： R i C )12
(P += 迈耶公式： R m V,m P,+=C C 3．内能： dT C dE V μ= ⎰=∆dT C E V μ
5．热力学第一定律：
dW d d +=E Q W E Q +∆=，
6．循环过程：
循环过程的特点：0=∆E ，21Q Q W -= 热机的效率 1
211Q Q Q W η-== 致冷系数 2
122Q Q Q W Q -==ε 7．卡诺循环：热机效率 121211T T Q Q η-=-
=卡诺致冷系数 2
12212T T T Q Q Q -=-=卡诺ε 8．可逆过程与不可逆过程: 如果逆过程能消除正过程的一切影响，则称这样的
过程为可逆过程，否则为不可逆过程。

9．热力学第二定律
克劳修斯叙述：不可能把热量从低温物体传向高温物体而不引起其它变化。

开尔文叙述：从单一热源吸热使之全部转变为用功的热机是制造不出来的。

10．卡诺定理 121T T ηη-
==卡诺可逆 1
21T T ηη-=≤卡诺不可逆 11．熵玻耳兹曼熵 W k S ln = 克劳修斯熵 ⎰≥-=∆≥2112d d d T
Q S S S ,T Q S 12．热力学基本方程 pdV dE TdS += ( 可逆过程 )
13．熵增加原理一个孤立系统的熵永不减少，即0≥∆S
四个等值过程的内能、功、热。

热力学基本原理

12热力学基本原理12.1热力学的重要概念(1) 平衡过程(准静态过程)系统所经过的中间状态都无限接近平衡状态的那种状态变化过程称准静态过程.准静态过程也是对实际过程的近似的抽象.(2) 热力学第一定律.系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外作功之和.热力学第一定律是包括热现象在内的能量转换和守恒定律，是宇宙中的一条普遍规律.(3) 热力学第二定律开尔文表述不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化.克劳修斯表述热量不可能自动地从低温热源传向高温热源.热力学第二定律说明的是自然界中过程的方向性问题，并非所有符号能量守恒的过程都能发生.它是独立于热力学第一定律的自然界的一条普遍规律.热力学第二定律的实质：自然界中与热现象有关的实际宏观过程都不可逆的.(4) 热力学第二定律的统计意义为什么自然界中与热现象有关的实际过程有方向性？这是由大量分子所组成的物质热运动的统计规律决定的.这种统计规律指出，一个不受外界影响的孤立系统，其内部发生的过程，总是由几率小的宏观状态向几率大的宏观状态进行，由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行的.这就是热力学第二定律的统计意义.(5) 热力学第二定律的数学表达式对孤立系统而言，其内部进行的任何自发过程有，所以孤立系统内部进行的任何过程(都是不可逆过程)都是朝着熵增加的方向进行的——称熵增原理.(6) 热力学第二定律的适用范围热力学第二定律适用于有限时空中，由大量分子组成的系统，对单个或少量分子是没有意义的，同时也不能将它任意推广到整个宇宙.12.2 解题指导(1) 计算各过程的，除了利用公式外，还要结合热力学第一定律灵活运用.如求等温过程吸收的热量Q，虽然不能直接用公式，但根据热力学第一定律，此时.又如求绝热过程对外做功，根据热力学第一定律，此时也可.(2) 正负的判别很多情况不要求计算的具体数值，而只要求判别的正负(特别是在计算热机效率时，先对各过程要标明是吸热还是放热).的正负决定于温度是升高还是降低，若温度升高；温度降低.在图中对一个具体过程怎样决定它的温度是升高还是降低呢？只要过初态和末态分别作两条等温线，则离原点O近的等温线温度较低，这样就可很快判别的正负. 图12.2－1中直线1→2过程，.作功A的正负看体积，过程的体积增大，A>0，过程的体积减小，A<0.的正负判别后再根据热力学第一定律来判别Q的正负.但也会碰到和A反号的问题，这时Q的正负要看||，|A|绝对值的大小才能判别，具体问题请看典型例题材12－2.(3) 计算热机效率①利用前一个公式还是后一个公式，看图中循环的图形，若循环所包围的面积(即热机对外作的净功A)能很快用几何方法求得，这时用计算比较方便，否则用后面公式计算.②计算前先对循环中的每一过程是吸热还是放热作出判断，并在循环图中标出，吸热箭头朝里指，放热箭头向外指，如图12.2－1所示.然后计算代入公式计算.(4) 熵的计算①对可逆过程，从状态1到状态2，熵的增量②对不可逆过程，从状态1变化到状态2计算熵的增量，这时一定要设想一个从状态1到状态2的可逆过程，然后对这一可逆过程用公式计算熵变.③对一切实际发生的宏观过程，总是朝着系统熵增加的方向发展(这里要注意，对系统中某些物体在变化过程中它的熵可能增加，也可能增少，熵增原理是讲系统中各物体总的熵变一定增加).12.3 典型例题12－1 将的热量传递给标准状态下氢气.(1) 若容积不变，则氢气的压强变为多少？(2) 若压强不变，则氢气的内能改变多少？(3) 若温度不变，则氢气的体积变为多少？(4) 在上述过程中，哪一过程的内能增加最多？哪一过程对外作功最多？解题思路利用热量公式，对定容过程，对定压过程，可求出相应的量.对等温过程，利用热力学第一定律求解.对第(4)问，利用热力学第一定律进行判别.解(1) ，(2) ,(3) ，(4) 根据热力学第一定律，等容过程A=0，△E增加最多；等温过程△E=0，A对外作功最多.12－2 图12.3－2中1→2为绝热过程，则过程1→a→2及1→b→2是吸热还是放热.解题思路根据热力学第一定律，在该问题中，△E<0，A>0，Ｑ>0，还是Ｑ<0，要判别△E，A的绝对值的大小才能决定.A的绝对值大小为过程曲线下面积的值，｜△E｜的值本题可通过绝热来定.解过程1→a→2，△E<0，A>0.过程1→2为绝热，所以即图中阴影部分的面积.A为1→a→2曲线下的面积，从图中明显看出，所以，为吸热.过程1→b→2，△E<0，为1→b→2曲线下的面积，，所以.，为放热.12－3 一定量理想气体，从同一状态开始把其体积由压缩到，分别经历以下三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3) 绝热过程，其中哪个过程外界对气体作功最小？哪个过程气体放热最多？解题思路外界对气体所作功的大小为图中过程曲线下的面积，在图中作出等压、等温、绝热过程曲线就很容易加以判别.在等压、等温、绝热过程中不放热，比较等压、等温过程放热的多少，要从两过程的吸热公式进行具体计算比较.解在图中作出等压压缩、等温压缩、绝热压缩，如图6.3－3所示.从图中看出等压压缩曲线(a→1)外界对气体作功最小.等压压缩气体放热；等压过程方程，则等温压缩气体放热，所以等压压缩过程气体放热最多.12－4 1mol氦气视为理想气体，作图12.3－4所示的循环，求循环效率.解题思路从图中很清楚地看出循环所包围的面积为长方形面积，容易求得循环对外作的净功A，所以求循环效率用公式比较方便.先在图中标出各分过程是吸热还是放热，再用公式进行计算.解ab，bc为吸热过程，cd，da为放热过程，在图中标出.12－5 狄塞耳柴油机进行近似于图12.3－５所示的循环.设工作物质为理想气体，2→3为等压过程，4→1为等容过程，3→4和1→2为绝热过程，压缩比，膨胀比，热容比r =1.4，求循环效率.解题思路此循环面积不易求得，用公式计算循环效率.首先在循环图中对每一分过程标出是放热还是吸热，再代入公式计算.循环中存在绝热线，计算循环效率中一般要用到绝热方程.对绝热方程要认真对待，仔细计算，不可大意.解2→3为等压膨胀，吸热4→1为定容过程，放热，循环效率为，①状态3，4和1，2分别位于两条绝热线上，根据绝热过程方程为，②，③②式与③式相减④将④式代入①式得，⑤2→3为等压过程，有，⑥将⑥式代入⑤式得12－6 理想气体绝热地向真空自由膨胀，体积增大到原为的两倍，试求：(1) 始末两的态的温度之比值；(2) 始末两态熵的变化.解题思路(1) 理想气体向真空作绝热自由膨胀Q=0，对外也不作功，A=0，根据热力学第一定律可判断△E=0，从而得出始末温度的比值.(2) 理想气体向真空作自由膨胀为一不可逆过程，对任一不可逆过程，根据熵增原理，末态的熵要大于初态的熵.解(1) 理想气体作绝热膨胀Q=0，向真空自由膨胀，对外界不作功，A=0，根据热力学第一定律：Q=△E+A，所以(2) 理想气体绝热向真空自由膨胀为不可逆过程，对自然界发生的一切不可逆过程，根据熵增原理，熵永远要增加，即末态的熵大于初态的熵，.注意：对第一个问题，有些学者会提出如下异议，认为理想气体绝热膨胀，根据绝热方程：，.这里的问题是：绝热过程方程恒量，恒量，恒量是对准静态过程而言的，对非准静态的绝热过程，上面的绝热过程并不适用.对理想气体向真空作绝热自由膨胀，为非准静态过程，绝热方程不能运用，但热力学第一定律对任何过程都成立的.12－7 把0℃的0.5kg的冰块加热到它全部融化成0℃的水，问：(1) 水的熵变如何？(2) 若热源是温度为20℃的庞大物体，则热源的熵变多大？(3) 水和热源的总熵变多大？是增加还是减少？(冰的熔解热)解题思路我们设想过程是可逆的(准静态过程)，水的温度保持0℃，热源相当庞大，温度也近似保持20℃不变.水和热源熵的增加分别用公式进行计算.解 (1) 冰在融化过程中吸热，d Q>0，融化过程中温度保持在0℃，熵的增量(2) 热源放出热量d Q<0，温度保持293K，熵的增量(3) 水和热源的总熵变，总熵变增加.12.4题解1、一气缸内贮有10mol的的单原子理想气体，在压缩过程中，外力作功209J，气体温度升高1℃，试计算气体内能增量和所吸收的热量.在此过程中气体的摩尔热容量是多少？解，2、1mol氧气，温度为300K时，体积为0.002m3，试计算下列两种过程中氧气所作的功：(1) 绝热膨胀至体积为0.02m3；(2) 等温膨胀至体积为0.02m3.(3) 解释这两种过程中功的数值的差别.解(1) 绝热膨胀Q=0，根据绝热方程得，所以(2)(3) 由图12.4－2中看到，从同一初态膨胀至相同的体积，压力均要下降，但等温过程因温度不变，压力下降不如绝热过程快(从公式p=nkT，等温过程p的下降仅仅是n的减小所引起的，而绝热膨胀p的下降是由T和n两者的减小而引起的).理想气体压力作功，也即过程曲线下的面积，所以等温过程作功较多().3、气缸内有单原子理想气体，若绝热压缩使容积减半，问气体分子的平均速率变为原来的几倍？若为双原子理想气体，又为几倍？解气体分子的平均速率由绝热过程方程所以对单原子理想气体，；对双原子理想气体，.4、试讨论一理想气体在图示的过程中，摩尔热容是正还是负？(1) 过程(沿绝热线)；(2) 过程；(3) 过程.解(1) 过程为绝热过程，所以 C = 0.(2) 过程，此时Q=△E+A是大于0还是小于0,要比较|△E |和|A|的大小而定.所包围之面积.|△E |：和两过程△E相同，为绝热过程，所包围的面积.显然，所以.(3) 过程：，A A ''<''( 0为2 2 1 V V ''''包围的面积）同样分析所包围的面积，，所以 .5、某理想气体按 =恒量的规律膨胀，问此理想气体的温度是升高了，还是降低了？解因为是理想气体，所以有， ①. ②根据题意有，③①②式代入③式气体膨胀，所以有，温度降低了.6、设有以理想气体为工作物质的热机循环，如图12.4－6所示，试证明其效率为证明b→c为绝热过程，Q=0；c→a为等压压缩，放出热量；a→b为等容过程，吸收热量循环效率7、图12.4－7为一定量理想气体的一个循环过程的T－V 图，其中3→1为绝热过程，状态1的温度和体积为，状态2的温度和体积为，热容比为r，摩尔数为已知.(1) 在1→2，2→3两过程中，系统是吸热还是放热？(2) 求状态3的参量.(3) 求此循环的效率.解 (1) 过程1→2为等温膨胀，，所以，吸热.2→3为等容降温过程，，放热.(2) 3→1为绝热过程，根据绝热过程方程得.根据状态方程(3) ，8、如图12.4－8所示，一条等温线与一条绝热线有可能相交两次吗？为什么？证明 (1) 假设一条等温线与一条绝热线有两个可能的交点A和B，它们所处的状态分别是.因A，B点同在一条绝热线上，有，①A，B又在同一条等温线上,有，②由②式得，代入方程①得，所以说明A，B实际上为同一点，因此一条等温线与一条绝热线不可能相交两次.(2) 若一条等温线和一条绝热线可以相交两点A，B，则构成一循环.此循环只在等温膨胀过程中吸收热量Q，对外作功A，违背了热力学第二定律.9、两条绝热线和一条等温线是否可以构成一个循环？为什么？答从绝热过程方程恒量得知，绝热线上每一点的斜率只有一个，为，说明如果两条绝热线相交，在交点会有两个斜率出现，这是不可能的.上题又证明了一条等温线与一条绝热线也只有一个交点，所以两条绝热线和一条等温线无法构成一闭合循环曲线.10、一理想气体作卡诺循环，高温热源温度为400K，低温热源温度为300K，在循环过程中对外作净功800J.现保持低温热源温度不变，提高高温热源温度，使之对外作的净功提高到1600J.求：(1) 此时高温热源温度为多少？(2) 这时热机效率又是多少？设这两个循环都工作于相同的两条绝热线之间，如图12.4－10所示.解，①，②从①式得，代入②式，可得11、求在常温下质量为的水蒸气与的氢气的混合气体的定容比热.解设分别为的定容摩尔热容量，混合气体的定容比热为，对温度改变△T有12、某理想气体在图上等温线与绝热线相交于A点，如图12.4－12.已知A点的压强为，体积为，而且A点处等温线斜率与绝热线斜率之比为，现使气体从A点绝热膨胀至B点，其体积为，求在此过程中气体对外作的功.解等温过程，斜率，绝热过程，斜率，，.故所以.。

第1章经典热力学概要

两个状态下该状态函数或状态参量的差值，与状态变化经历的路径无关，
即
2
2
Z

dz
1, road A
dz
1, road
B

Z2

Z1
dz 0
●全微分特性
状态函数的微分是所有相关状态参量微分的总和，称为全微分。全
微分的积分结果与路径无关，只决定于始态和终态。
6
1
假设体系的某一状态函数A为独立状态参量x，y和的函数：

P

H R
0
由此可求不同温度下的平衡常数。
★ 19
5 平衡态转变的判据——热力学不等式
5.1孤立体系平衡态变化的方向和限度
前面我们由热力学第一定律和热力学函数的定义导出了常用的热力学方程，这些方程表达了平衡态时体系各状态函数与状态参量之间的关系。下面我们从热力学第二定律出发推导出常用的热力学不等式，这些不等式指出了不同的热力学平衡态之间相互转变的方向和限度。
1865年，克劳修斯巧妙地利用可逆循环，极其自然地便引入了状态函数熵的定义。他首先依据卡诺循环的性质导出了克劳修斯定理
R

dQ T

0
把这个定理应用于两个平衡态 i 和 f 之间的一条可逆路径R1及另一条使体系从终态 f 回到初态 i 的可逆路径R2组成的循环，得到
dQ f dQ i dQ f dQ f dQ 0
它相对于环境运动的能量。
H U PV：焓，是指与体系热运动相关的总能量。 PV：是体系与环境之间的相互作用能，即体系排斥环境所作的功。对于不作非体积功的等压可逆过程，有 dH dU P dV dQ

热力学总结

热力学总结导言热力学是物理学中的一个重要分支，研究的是能量转化和计量的科学。

在热力学中，我们探讨了热力学第一定律、第二定律以及熵的概念。

本文将对热力学的基本原理和概念进行总结和归纳。

热力学第一定律（能量守恒定律）热力学第一定律也被称为能量守恒定律，它表明能量在系统内的转化是相互等价的。

根据热力学第一定律，能量可以从一个物体转移到另一个物体，或者在物体内转化为其他形式的能量，但总能量保持不变。

热力学第二定律（熵增定律）热力学第二定律描述了能量传递过程中的不可逆性。

根据热力学第二定律，孤立系统的熵要么保持不变，要么增加，不会减少。

其中，熵是系统无序程度的度量，可以简单理解为系统的混乱程度。

熵的定义和性质熵是热力学中非常重要的概念之一。

熵的定义可以通过统计力学的角度来解释，它是系统的微观状态的对数函数。

熵具有以下几个基本性质：1.熵是一个状态函数，和系统的路径无关。

只取决于系统的初始状态和最终状态。

2.熵和系统的无序程度成正比，系统趋于混乱时熵增加。

3.熵的单位是热力学温度的单位除以能量的单位。

热力学过程热力学过程是指系统从一个状态转变为另一个状态的全过程。

常见的热力学过程包括等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程。

1.等温过程：系统与恒温热源接触，温度保持不变。

根据理想气体状态方程，等温过程下气体的压强和体积成反比关系。

2.等压过程：系统与恒压热源接触，压强保持不变。

等压过程下气体的体积和温度成正比。

3.等容过程：系统的体积保持不变。

根据理想气体状态方程，等容过程下气体的压强和温度成正比。

4.绝热过程：过程发生在与外界没有热交换的条件下。

绝热过程下系统内部没有热能传递，根据绝热定律，可以得到绝热过程下温度和体积的关系。

热力学循环热力学循环是指系统经过一系列热力学过程后回到初始状态的过程。

常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和布雷顿循环。

1.卡诺循环：卡诺循环是具有最高热效率的理论循环。

它由两个等温过程和两个绝热过程组成。