大学物理C第11章资料

平衡态2
准静态过程：每一个中间状态都近似为平衡态的过程
第11章 热力学基础
（3）热力学第零定律 同一平衡态的所有热力学系统都有共同的温度。
3. 理想气体的状态方程
pV m RT RT
M
摩尔气体常量 R 8.31J mol1 K 1
混合理想气体的压强：道尔顿分压定律 p=p1+p2+…+pn
温度T ：表示物体的冷热程度。
热力学温标 T(K)
温标 摄氏温标 t( c)
华氏温标 tF (F )
T t 273.15
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
tF
9t 5
32
2. 平衡态与准静态过程
第11章 热力学基础
（1）平衡态： 在没有外界影响的情况下，气体的 状态参量都具有确定的值且不随时 间变化。
（2）准静态过程
平衡态1
第11章 热力学基础
第11章 热力学基础
内容： 1. 平衡态 理想气体物态方程 2. 热力学第一定律及其应用 3. 循环过程 卡诺定理 4. 热力学第二定律 5. 熵 熵增加原理
重点：热力学第一定律及其应用
难点：熵、熵增加原理
热力学第一定律的 创始人
第11章 热力学基础
热力学第二定律的 创始人
第11章 热力学基础
热力学第一定律实际上是涉及热运动和机 械运动的能量转换及守恒定律。
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
违反热力学第一定律，所以不可能成功。
（1） 等容过程 （dV=0 V=c )
例11-1 一个氧气瓶容积为V1，充满氧气时压强为p1。 规定，压强下降到p2时就要停止使用，重新充气。设 某实验室每天用p3的氧气V3，问在温度不变的情况下， 一瓶氧气能用多少天？
例11-2 在一密闭教室内，一个人呼吸时，如果每呼 出的一口气都在若干时间内均匀地混合到全教室的空 气中，那么另一个人每吸入的一口气中有多少份子是 那个人在那口气中呼出的？设教室内空气的体积为V， 压强为p,温度为T，人们每呼吸一口气的体积约为V1.
p /(1.0105 Pa)
A 2
1
B
0
2 3 V /(1.0 10 3 m3 )
A V2 pdV V1
方法一： 先求得p=p(V)； 后代入积分
方法二：功＝p-V图中过程曲线与横轴所包围的面积
第11章 热力学基础
微小过程中的功： p
dA
V1 V2
V
dA pdV
若dV>0，则dA>0; 若dV<0，则dA<0; 若dV=0，则dA=0.
热力学能E 是状态函数 热力学能变化ΔE只与始末状态有关，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。
思考：当理想气体的状态发生改变时， 热力学能一定跟着改变？
做功 热力学能变化方式
热传递
作机械功改变系统 内能的焦耳实验
第11章 热力学基础 作电功改变系统
内能的实验
A V
1850年焦耳首先测定热功当量的实 验。由于砝码的下落带动桨叶旋转， 使得绝热容器内的水温升高。
热力学系统：大量粒子组成的宏观、有限的体系。 与其比邻的环境称为外界.
开放系统：与外界有 质量m、能量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 开放系统
封闭系统
绝 热
孤立系统
第11章 热力学基础
11.1 平衡态 理想气体物态方程
1. 气体的物态参量 描述热力学系统宏观状态的
第11章 热力学基础
例11-3 一绝热的密闭容器中有一隔板，将容器分成 体积相同的A、B两部分。开始时，A中有一定量的氮 气，压强为p1，温度为T1；B中有一定量的氧气，压 强为p2，温度为T2。抽出隔板后，两种气体互相混合， 求混合理想气体的压强与温度。
第11章 热力学基础
11-2 热力学第一定律及其应用
物理量。
几何参量（气体体积） 力学参量（气体压强） 热学参量（气体温度、熵） 化学参量（混合气体各化学组成的质量） 电磁参量 （电场强度、磁场强度）
第11章 热力学基础
体积V： 气体分子无规则运动所能到达的空间。
压强 p： 分子碰撞器壁，容器壁上单位面积所受
到的正压力。
1Pa 1N / m2 1atm 76cmHg 1.013 105 Pa 1工程大气压 9.80665 104 Pa
dA
系统对外界做正功
外界对系统做正功
循环过程的功
思考：是否满足V2>V1的任何过程中均有A>0?
第11章 热力学基础
（3）热量Q 热量也是一过程量。 系统和外界之间由于存在温度差而传递的能量。
E改变 方式
特点
能量转换
做功
与宏观位移相联系
机械
通过非保守力做功实现 运动
热运动
与温差相联系 热传递 通过分子碰撞实现
1. 热力学能、功和热量
（1）热力学能E（热力学系统的能量）
由系统内所有分子的热运动动能和分子间相 互作用势能两部分组成。 E E(T,V )
理想气体不考虑分子间的相互作用，则
E E(T ) m i RT
M2
分子自由度
单原子分子 i 3
刚性双原子分子 i 5 刚性多原子分子 i 6
第11章 热力学基础
热运动 热运动
第11章 热力学基础
2.热力学第一定律
系统从外界吸收热量Q，一部分用来对外作功， 一部分使系统的内能改变。
Q A (E2 E1) A E
第一定律的符号规定
Q
E
A
+ 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
微小过程： dQ dE dA
第11章 热力学基础
第11章 热力学基础
等温过程 pV 常量 （玻意尔－马略特定律） 等容过程 p 常量 （盖－吕萨克定律）
T 等压过程 V 常量 （查理定律）
T
理想气体：在任何情况下都遵守以上三个试验定律 和阿伏加德罗定律的气体。
阿伏加德罗定律：在标准状态下，1摩尔任何气体所 占有的体积为22.4升。
第11章 热力学基础
（2）功A
第11章 热力学基础
足够缓慢地移动活塞，使气 体经历准静态过程，则移动
微小位移 dl 时 气体对外做功 dA F dl pSdl cos 00 pdV
A V2 pdV V1
（准静态过程） 功是过程量
第11章 热力学基础
练习 如图，一定量的空气，从状态A沿直线AB 变化到状态B,求此过程中气体做的功。（150J）