热学教案3

分析：
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例子： 热量由高温物体传到低温物体的过程是不可逆的。 此结论不可以证明，它也是一个定律(热力学第二定 律
) 例子：自由膨胀过程是不可逆的。
此结论不可以证明，它是热力学第二定律。 分析：压缩使系统复原。其他影响：功转化为热。 例子：扩散过程是不可逆的。 此结论不可以证明，它是热力学第二定律。 结论：和热现象有关的所有的、实际的、宏观的过程 都是不可逆的。 和热现象有关的可逆过程(理想的过程)：无耗散的准 静态过程是可逆过程。 等温传热是可逆过程， 不等温传热是不可逆过程。
都是系统的状态量。是很方 便的。2）任意形状系统的元功 也可以表示为这样的形式。
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3）有限过程的体积变化功， V1 V2
V2
W pdV
V1
4）功的在PV图中的意义。
• PV图上的一点代表：平衡态 • PV图上的任意一条曲线代表： 准静态过程。非静态过程、非平衡态能否在PV图上表示？
• 循环过程的功在PV图上的意义？
• 例子：扩散。 • 例子：迅速压缩气体 • 例子：缓慢压缩气体。 • 例子：等温传热。
问题：如何判断系统的一
个态是平衡态？
回答：T，P，ni 在各处相等。---平衡态，无过程
问题：如何判断系统的一个态是近似平衡态？
回答：T / T , P / P , ni / ni 很小 ---近平衡态，准静
态过程
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例子：压强、温度、体积、摩尔数、内能、表面张力系数、 弹簧的倔强系数。各是什么量
5 功的意义
功是反应系统物性的量。
可以说功和物态方程在某种程度上是等价的。
6 热量
系统和外界在非功过程交换的能量，称为热量
注意：1）热量过程量。
2）系统和外界必须有温度差，才能交换热量。
3）系统和外界交换能量的方式只有两种：功，热量。
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§4.2 功和热量
1 功的定义 • 定义：在力学相互作用过程中系统和外界交换的能量。 要点： 1wenku.baidu.com力学相互作用，指系统和外界的相互作用或者是电磁
的或者是机械的。---不是传热的。 功的显著特点：给系统做功，系统一般会有宏观位移 或者变形发生(广义位移)。或者给系统做功，系统一 般有广义位移。 例子：压缩气体做功，气体体积变化---广义位移。 例子：重力给物体做功，物体位置变化---广义位移。 例子：拉弹簧做功，弹簧发生形变---广义位移。
非静态过程：不言而喻。
➢ 静态和非静态过程的弛豫时间解释
弛豫时间：系统从非平衡态演化到平衡态所花的时间。
压强弛豫时间： 103 s
准静态过程：过程经历的时间远大于弛豫时间
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2 可逆与不可逆过程 例子：a 与生命有关的过程。
出生 儿童 少年 青年 成年 老年 坟墓
b 由新到旧的过程。
新 旧 坏掉
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亥姆霍兹 德国 物理学家（1821～1894） 《力之守恒》 化学、力学、电磁学、热学
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• 2 内能
内能：在热学参考系下，所有分子的无规则运动的能量之和。
热学参考系：使系统宏观静止的参考系
• 关于能量，有两点值得强调：
（1）能量的绝对值没有意义，能量的相对值才是有用的物理量。 例如：系统的动能总是相对于一个特定的参考系（或者坐标系） 而言。
§4.3 热力学第一定律
本质：能量转化和守恒定律在热学系统的表现。
1 历史
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焦耳(1818-1889),英国。 热功当量
w电＝I 2Rt＝JQ w重力＝JQ Q cmT
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迈尔,德国(1814-1878).医生，物理学家
迈尔曾是一位随船医生，在一次驶往 印度尼西亚的航行中，给生病的船员做手术时，
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• 注意：准静态过程是一个理想过程(理想模型) 。 现实生活中无严格的准静态过程，但是有很多近似的准静
态过程。
类比：质点、点电荷、刚体、理想气体、理想流体、自由 空间(完全真空)，等等，都是理想模型。
• 关于缓慢的感性的例子：汽车的内燃机中气体的周期运 动可以看成是缓慢的。那么气体经历的过程可以看成是 准静态过程。
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• 3 理想气体在几个特殊过程中功的计算
（1）等温过程。隐含(准静态过程)
温度为T的 摩尔理想气体，体积由 V1 V2 的等温
过程。计算外界给系统的功。
V2
W pdV
V1
pV RT
V2 RT
W
dV
V1 V
（2）等压过程。
RT ln V
V1 V2
V2 V1
RT ln(V2
/ V1 )
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c真空中的单摆(无空气阻力)发生的过程。
d空气中的单摆(有空气阻力)发生的过程。 e 气体的自发(自由)膨胀。 可逆过程：系统经历某个过
程(A过程)由初态变化为末态， 如果找得到另外一个过程，使 得系统和外界都复原。那么该 过程(过程A)就是可逆过程。如果找不到另外一个过 程，使得系统和外界都复原。那么该过程(过程A)就是 不可逆过程。 例子：前面的三个例子。 例子：功转化为热的过程是不可逆的。 此结论是不可以证明。它是一个定律(热力学第二定4 律)
? 发现热带地区血的颜色比温带地区的新鲜红亮。 食物中含有的化学能，可转化为热能， 在热带情况下，机体中燃烧过程减慢， 因而留下了较多的氧。 氧合血红蛋白为红色，脱氧血红蛋白为紫红色
《论有机体的运动与物质代谢关系》1845 植物吸收了太阳能，把它转化为化学能。动物摄取
植物，通过氧化把化学能转化为热和机械能。
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• 2)功是一个过程量。不能说系统的一个平衡态具有 多少功。
3)功的符号定义：外界给系统做功为正功；系统给外 界做功为负功。W W
4）系统经历的准静态过程时，功才可以计算。
非静态过程的功，我们一般计算不出来，只能是实验
测量。
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2 体积变化功 隐含：准静态过程!
dw Pe Adx pedV 包含外部量 准静态过程：P Pe • 外界给系统做的元功： dw pdV 评论：1) dw pdV 中的量
V2
W pdV pV2 V1
V1
（3）等容过程。 W 0
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• 4 其他形式的功 A 弹性棒系统的元功
dw Fdl
B 表面系统的元功
dw Fdx 2Ldx dA
表面张力系数: 对一个表面而言单位长度上一部分给另 外一部分的力.
C 功的一般表达形式
dw Yidxi
i
• 广延量:和系统的质量或者摩尔数成正比的量。 • 强度量：和系统的质量或者摩尔数无关的量。