大学物理第十三章0-4节

第十三章 热力学基础
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物理学
13-3 理想气体的等体和等压过程 摩尔热容
第五版
一 等体过程 摩尔定体热容
特性：V = 常量 过程方程 pT -1 = 常量
dV 0 dW 0
由热力学第一定律
dQV dE
p
p2
( p2,V ,T2 )
p1
( p1,V ,T1)
oV
V
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第五版
13-0 教学基本要求
三 理解循环的意义和循环过程中的能 量转换关系，会计算卡诺循环和其它简单循 环的效率。
四 了解可逆过程和不可逆过程，了解 热力学第二定律和熵增加原理。
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第五版
13-1 准静态过程 功 热量
一 准静态过程（理想化的过程）
从一个平衡态到另一平衡态所经过的每 一中间状态均可近似当作平衡态的过程。
13-8 热力学第二定律的统计意义
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13-0 教学基本要求
一 掌握内能、功和热量等概念。理解 准静态过程。
二 掌握热力学第一定律，理解理想气 体的摩尔定体热容、摩尔定压热容，能分析 计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过 程中的功、热量和内能的改变量。
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13-3 理想气体的等体和等压过程 摩尔热容
第五版
计算各等值过程的热量、功和内能的 理论基础。
（1） pV RT （理想气体的共性）
dQ dE pdV 解决过程中能
（2） Q E V2 pdV 量转换的问题 V1
（3） E E(T )（理想气体的状态函数）
（4） 各等值过程的特性。
13-1 准静态过程 功 热量
（1）都是过程量：与过程有关； （2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；
1 cal = 4.186 J ， 1 J = 0.24 cal （3）功与热量的物理本质不同。
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第五版
13-2 内能 热力学第一定律
作机械功改变系统 状态的焦耳实验
作电功改变系统 状态的实验
A V
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13-2 内能 热力学第一定律
一 内能 系统处于某状态而具有的能量
实验证明系统从状态A 变化到状态B，可以 采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只
要始末状态确定，做功和传热之和保持不变。
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
WA1B QA1B WA2B QA2B WA1B2 A QA1B2 A 0 （状态量）
砂子 活塞 气体
p
p1 1 ( p1,V1,T1)
p2
2 ( p2 ,V2 ,T2 )
o V1 V2
V
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二 功（过程量）
13-1 准静态过程 功 热量
1 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化。
2 准静态过程功的计算 dW Fdl pSdl
dW pdV
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13-2 内能 热力学第一定律
Q E2 E1 W E W
第一定律的符号规定
Q
E
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
物理意义
（1）能量转换和守恒定律。第一类永动机是不可 能制成的。
（2）实验经验总结，自然界的普遍规律。
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摩尔定压热容: 1mol理想气体在等压
过程中吸收热量 dQp ，温度升高 dT，其
摩尔定压热容为：
dQp = C p,mdT
C p,m
=
dQp dT
dQp Cp,mdT dE pdV CV ,mdT RdT
13-3 理想气体的等体和等压过程 摩尔热容
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摩尔定体热容: 1mol 理想气体在等体
过程中吸收热量 dQV ，使温度升高 dT ，其
摩尔定体热容为:
CV ,m
=
dQV dT
dQV = CV ,mdT
单位: J mol1 K1
mol 理想气体 dQV = dE =CV ,mdT
由热力学第一定律 QV CV ,m (T2 T1) E2 E1
W V2 pdV V1
注意：作功不仅与系统的 始末状态有关，还与路径 有关。
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13-1 准静态过程 功 热量
三 热 量（过程量）
系统和外界之间由于存在温度差而传递的能 量叫做热量，用Q表示。
T1 T2
T1 Q T2
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功与热量的异同
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二 等压过程 摩尔定压热容
特性 p 常量
过程方程 VT 1 常量 功 W p(V2 V1)
由热力学第一定律
dQp dE dW
p
p ( p,V1,T1) ( p,V2,T2)
1
2
W
o V1
V2 V
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13-3 理想气体的等体和等压过程 摩尔热容
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13-2 内能 热力学第一定律
理想气体内能: 表征系统状态的单值函数 ，理想
气体的内能仅是温度的函数。
E E(T )
系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与 系统所经历的过程无关。
p
A*
1
p
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
EAB C
EA1B2 A 0
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13-2 内能 热力学第一定律
二 热力学第一定律
Q E2 E1 W
p
1*
系统从外界吸收的热量，一
*2
部分用于系统对外作功，另 一部分用来增加系统的内能。
o V1
V2 V
Q E2 E1 W E W
准静态过程 Q E V2 pdV V1 微变过程 dQ dE dW dE pdV
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13-3 理想气体的等体和等压过程 摩尔热容
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p
等 p2 体 升 p1 压o
2 ( p2,V ,T2 )
1 ( p1,V ,T1)
V
V
p
等 p1 体 降 p2 压o
1( p1,V ,T1)
2( p2,V ,T2 )
V
V
QV
E1
E2
E1
QV
E2
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第十三 章
热力学基础
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第五版
本章目录
13-1 准静态过程 功 热量
13-2 热力学第一定律 内能
13-3 理想气体的等体过程和等压过程
摩尔热容
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程
13-5 循环过程 卡诺循环
13-6 热力学第二定律的表述 卡诺定理
13-7 熵 熵增加原理