热力学基本概念

大学物理
热力学基础
第1讲 热力学的基本概念


Ø 热力学系统 在热力学中把有大量分子组成的宏观物体 ( 气体、液 体、固体)称为热力学系统,简称系统. 系统以外与系统有着相互作用的环境称为外界. 孤立系统 : 与外界不发生任何能量和物质交换 的热力学系统. 封闭系统 : 与外界只有能量交换而没有物质交 换的系统. 绝热系统: 与外界没有热量交换的系统.


Ø 热力学的状态参量 状态参量是描述气体宏观状态的物理量. 包括体积、压强 和温度. 1. 体积 V : 气体分子自由活动的空间. 国际单位: m3(米3 )
当气体分子大小不计时 , 气 体体积等于容器的容积. 2. 压强 p: 垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力.
F p= S
国际单位: Pa (帕斯卡) 1 Pa = 1 N·m-2 1标准大气压 = 1.01325×105Pa


3. 温度 T : 表征热平衡状态下系统的宏观性质. 热平衡: 两热力学系统相互接触, 而与外界没有热量交 换, 当经过了足够长的时间后, 它们的冷热程度不再发生 变化, 则称这两系统达到了热平衡. • 热力学第零定律 在不受外界影响的条件下, 如果处于确定状态下的物体A 分别与物体B、C达到热平衡, 则物体B和C也必相互热平衡.
A B C
A B C


Ø 温标 —— 温度的数值表示. 摄氏温标(t): t ℃ 水的冰点 0 ℃, 水的沸点 —— 100℃. 华氏温标(F): 在标准大气压下, 冰的熔 点为 32度, 水的沸点为212度,中间划分 180等分. 热力学温标(T): 单位: K(开尔文) 绝对温标与测温物质的性质无关,是 一种基本的科学温标. 水三相点(气态、液态、固态的共存状态) 为273.16 K . 摄氏温标和绝对温标的换算： T = 273.15 + t


Ø 平衡态和准静态过程 平衡态: 在不受外界影响的条件下, 无论初始状态如何, 系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态. 热力学过程: 热力学系统的状态随时间发生变化的过程. 准静态 过程 : 状态 变化过程进行得非常缓慢 , 以至 于过 程中的每一个中间状态都近似于平衡态.
p
准静态 过程的过程 曲线可以用 p-V图来 描述 , 图 上的 每一点 分 别 表示系统的一个平衡态.
(pA,VA,TA) ( PC,VC,TC ) (pB,VB,TB)
O
V


Ø 理想气体状态方程 在任何 情况下严格遵守 “波 -马定律” 、 “盖-吕定律 ”以 及“查理定律”的气体称为理想气体. 一般气体看作理想气体: 压力不太大(与大气压比较) 温度不太低(与室温比较) 由三定律:
p1V1 p 2V 2 = = L = 恒量 T1 T2
(质量不变)
p,V,T → p0,V0,T0 (标准状态)


标准状态:
p0 = 1.01325 × 10 5 Pa Vmol = 22.4 × 10-3 m 3 • mol -1 pV p0V0 m p0V mol = = T T0 M T0
T0 = 273.15 K m V0 = Vmol M
p0V mol 令: R = = 8.31 ( J • mol-1 • K -1 ) T0 R称为摩尔气体常量
理想气体状态方程:
m pV = RT M
END





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