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同学们好!
第二篇 热 学
研究对象
热现象： 与温度有关的物理性质的变化。 热运动： 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休
止的无规则运动。
热学是研究自然界中一切热现象和热运动规律的学科
根据研究方法和角度的不同
分子物理学 （第6章） 热力学 （第5章）
系统的宏观描述与微观描述
它包括分子物理学和热力学两个方面： 分子物理学( 更普遍地称为统计物理学):
◆ * 熵 熵增原理
◆ * 热力学第三定律
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，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 .
三、理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计 算卡诺循环和其他简单循环的效率 .
四、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和 熵增加原理以及热力学第三定律 .
注意：热量是过程量
Q ? C? T
Q?
M
?
C?
?? T
等体摩尔热容 : 等压摩尔热容：
dQ CV ? ( dT )dV ? 0
dQ
Cp
?
( dT
)dp? 0
3. A 与 Q 比较
E 改变 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
华氏温标
t(C) ? t(F) ? 32 ? 100 180
热力学温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 273.16 K
T ? t ? 273.16
O
1K ? 1 C
理想气体温标 在理想气体存在的范围内，它和热力学温标一致
§5.3 内能 功 热量
一、系统内能 E
热力学主要研究系 统能量的转换规律
广义： 系统内所有粒子各种能量总和
2. 内能变化方式 二、功和热量
做功 热传递
1. 准静态过程的体积功
?? dA ? F ?dl ? pSdl ? pdV
V2
A ? ?pdV V1
注意：非静态过程不适用
示功图：p - V 图上过程曲线下的面积
V2
A ? ?pdV
dA
V1
系统对外界做功
外界对系统做功
循环过程的功
若 dV ? 0 dA ? 0
V
§5.2 热力学第零定律 温度
（1）引入温度参量的实验依据 ——热力学第零定律
如果物体 A、B分别各自与处在同 一状态的物体 C达到热平衡，那 么， A与 B也处于热平衡。
C
A
B
——热力学第零定律
AB
达到热平衡的物体温度相同
（2）温标 ——温度的数值表示法
温标的分类：
Байду номын сангаас
摄氏温标
规定水在 1 个大气压下的冰点为 0 度，沸点为 100 度，中间的温度以水银的体积膨胀为准，单位 ℃
（平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能...）
不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能
例：实际气体 E ? E(T,V )
理想气体 E ? M i RT? E(T)
?2
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。
§5.1 热力学基本概念
热力学系统 外界
大量粒子组成的宏观、有限的体系； 其相邻环境称为外界。
开放系统 与外界有 m、E 交换
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 绝 热
开放系统
封闭系统
孤立系统
热力学： 即热力学系统的状态 （宏观物理性质） 及状态变化 （宏观物理过程）的规律。
dV ? 0 dA ? 0 dV ? 0 dA ? 0
思考： 是否 V2 ? V1 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）
2. 热量和热容量 中学 Q ? cM(T2 ? T1 ) ? cM? T
比热
热 容 量: C ? cM
摩尔热容量 : C? ? c?
系统状态变化—— 热力学过程
非静态过程 : 中间状态不是平衡态 准静态过程 : 过程进行得足够缓慢
（平衡过程） 中间状态 — 平衡态
例：气体自由膨胀
气体等温膨胀
T
相平面 相图 以状态参量为坐标变量
平衡态 —— 对应相图中的点 平衡过程—— 对应相图中的线
(准静态过程)
例：等温、等压、等体过程的相图
平衡态、状态参量
一个孤立系统若不受外界影响（无物质和能量交换）， 则系统的宏观特性（如温度、压强等）长时间不随时间改变 的状态称为平衡态。
? 描述平衡态的参量称为状态参量，如体积、压强、温度等。 气体处于平衡态的标志是状态参量 P、V、T 各具有确定的量值，
且不随时间变化。
? 处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效 果不随时间改变，是一种 动态平衡。
第5章 热力学基础
热力学的是研究热现象的宏观理论，以大量的经验事实 和实验结果为依据，经过严密的逻辑推理得出物质系统宏观 性质直接的联系，进而揭示热现象的有关规律。
本章教学内容:
◆ 热力学状态及其描述 ◆ 热力学第零定律 温度
◆ 功 热量 内能
◆ 热力学第一定律
? 循环过程 卡诺循环 ◆ 热力学第二定律 卡诺定理
dQ=dE+pdV
dQ ? M i RdT ? pdV
?2
2. 物理意义： 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律
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后回到初态， 不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功。
即： ? E ? 0 Q? 0 A? 0
在系统状态变化过程中， A、Q、△E 间数量关系，
包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律
热力学第一定律
§5.4 热力学第一定律及其应用
一、热力学第一定律 1. 数学形式 :
Q ? (E2 ? E1 ) ? A
系统从外界吸热 = 内能增量 + 系统对外界做功
微小过程： dQ=dE +dA
准静态:
理想气体准 静态过程 :
能对热现象本质 进行理论解释
是从物质的微观结构出发，认为物体的宏观性质是大量分子无
规则热运动的平均效果, 用统计的方法研究物体的宏观性质。
相
辅
不能阐述热
相
热力学:
现象的本质
成
是从能量守恒和转化的角度来研究热运动规律的，不涉及物质的 微观结构。它根据由观察和实验所总结出的基本规律 ( 主要是热力学 第一定律、第二定律等) ，用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质 及宏观过程进行的方向和限度等。