第十三章 热力学基础
第13章 热力学基础习题及答案
第十三章习题热力学第一定律及其应用1、关于可逆过程和不可逆过程的判断：(1) 可逆热力学过程一定是准静态过程．(2) 准静态过程一定是可逆过程．(3) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．(4) 凡有摩擦的过程,一定是不可逆过程．以上四种判断，其中正确的是。
2、如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积V2分别经历的过程是：A→B等压过程，A→C等温过程；A→D绝热过程，其中吸热量最多的过程。
3、一定量的理想气体，分别经历如图(1) 所示的abc过程，(图中虚线ac为等温线)，和图(2) 所示的def过程(图中虚线df为绝热线)．判断这两种过程是吸热还是放热．abc过程热，def过程热．4、如图所示，一绝热密闭的容器，用隔板分成相等的两部分，左边盛有一定量的理想气体，压强为p0，右边为真空．今将隔板抽去，气体自由膨胀，当气体达到平衡时，气体的压强是。
(=γC p/C V)5、一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V1膨胀到2V1，分别经历以下三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3)绝热过程．其中：__________过程气体对外作功最多；____________过程气体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．VV答案1、（1）（4）是正确的。
2、是A-B 吸热最多。
3、abc 过程吸热，def 过程放热。
4、P 0/2。
5、等压， 等压， 等压理想气体的功、内能、热量1、有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（看成刚性分子的理想气体），它们的压强和温度都相等，现将5J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氨气传递热量是 。
2、 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热500 J ．则经历acbda 过程时，吸热为 。
3、一气缸内贮有10 mol 的单原子分子理想气体，在压缩过程中外界作功209J ，气体升温1 K ，此过程中气体内能增量为 _____ ，外界传给气体的热量为___________________． (普适气体常量 R = 8.31 J/mol· K)4、一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单 原子分子气体，则该过程中需吸热_____________ J ；若为双原子分子气体，则 需吸热______________ J.p (×105 Pa)3 m 3)5、 1 mol 双原子分子理想气体从状态A (p 1,V 1)沿p -V 图所示直线变化到状态B (p 2,V 2)，试求：(1) 气体的内能增量． (2) 气体对外界所作的功． (3) 气体吸收的热量． (4) 此过程的摩尔热容．(摩尔热容C =T Q ∆∆/，其中Q ∆表示1 mol 物质在过程中升高温度T ∆时所吸收的热量．)答案1、3J2、-700J3、124.7 J ，-84.3 J4、500J ；700J5、解：)(25)(112212V p V p T T C E V -=-=∆ (2) ))((211221V V p p W -+=， W 为梯形面积，根据相似三角形有p 1V 2= p 2V 1，则)(211122V p V p W -=． (3) Q =ΔE +W =3( p 2V 2－p 1V 1 )．(4) 以上计算对于A →B 过程中任一微小状态变化均成立，故过程中ΔQ =3Δ(pV )． 由状态方程得 Δ(pV ) =R ΔT ， 故 ΔQ =3R ΔT ，摩尔热容 C =ΔQ /ΔT =3R ．p p p 12循环过程1、 如图表示的两个卡诺循环，第一个沿ABCDA 进行，第二个沿A D C AB ''进行，这两个循环的效率1η和2η的关系及这两个循环所作的净功W 1和W 2的关系是 η1 η2 ,W 1 W 22、 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(图中阴影部分)分别为S 1和S 2，则二者的大小关系是：3、一卡诺热机(可逆的)，低温热源的温度为27℃，热机效率为40％，其高温热源温度为_______ K ．今欲将该热机效率提高到50％，若低温热源保持不变，则高温热源的温度应增加________ K ．4、如图，温度为T 0，2 T 0，3 T 0三条等温线与两条绝热线围成三个卡诺循环：(1) abcda ，(2) dcefd ，(3) abefa ，其效率分别为η1_________，η2__________，η 3 __________．5、一卡诺热机(可逆的)，当高温热源的温度为 127℃、低温热源温度为27℃时，其每次循环对外作净功8000 J ．今维持低温热源的温度不变，提高高温热源温度，使其每次循环对外作净功 10000 J ．若两个卡诺循环都工作在相同的两条绝热线之间，试求： (1) 第二个循环的热机效率； (2) 第二个循环的高温热源的温度．6、 1 mol 单原子分子理想气体的循环过程如T －V 图所示，其中c 点的温度为T c =600 K ．试求：(1) ab 、bc 、c a 各个过程系统吸收的热量； (2) 经一循环系统所作的净功； (3) 循环的效率． BAC DC 'D 'p p-3m 3)p O 3T 0 2T 0 T 0fad b c e(注：循环效率η=W /Q 1，W 为循环过程系统对外作的净功，Q 1为循环过程系统从外界吸收的热量ln2=0.693)答案 1、=；<2、S 1 = S 2．3、500 ； 1004、33.3％ ； 50％； 66.7％5、解：(1) 1211211T T T Q Q Q Q W -=-==η 2111T T T W Q -= 且 1212T TQ Q =∴ Q 2 = T 2 Q 1 /T 1即 212122112T T T W T T T T T Q -=⋅-=＝24000 J 由于第二循环吸热 221Q W Q W Q +'='+'=' ( ∵ 22Q Q =') =''='1/Q W η29.4％ (2) ='-='η121T T 425 K6、解：单原子分子的自由度i =3．从图可知，ab 是等压过程，V a /T a = V b /T b ，T a =T c =600 KT b = (V b /V a )T a =300 K (1) )()12()(c b c b p ab T T R i T T C Q -+=-= =－6.23×103 J (放热) )(2)(b c b c V bc T T R iT T C Q -=-= =3.74×103 J (吸热) Q ca =RT c ln(V a /V c ) =3.46×103 J (吸热) (2) W =( Q bc +Q ca )－|Q ab |=0.97×103 J (3) Q 1=Q bc +Q ca ， η=W / Q 1=13.4%热力学第二定律1、根据热力学第二定律判断下列说法的正误： (A) 功可以全部转换为热，但热不能全部转换为功． （ ） (B) 热可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体 （ ）(C) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．（）(D) 一切自发过程都是不可逆的．（）2、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述是等价的，表明在自然界中与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的，开尔文表述指出了___________________________的过程是不可逆的，而克劳修斯表述指出了________________的过程是不可逆的．3、所谓第二类永动机是指________________________________________，它不可能制成是因为违背了________________________________________．答案1、⨯，⨯，⨯，√2、功变热；热传导3、从单一热源吸热，在循环中不断对外作功的热机；热力学第二定律。
热力学基础
§7.1 §7.2 §7.3 §7.4 §7.5 §7.6 §7.7 §7.8
热力学基础
内能 功和热量 准静态过程 热力学第一定律 气体的摩尔热容量 绝热过程 循环过程 卡诺循环 热力学第二定律 热力学第二定律的统计意义 玻尔兹曼熵 卡诺定理 克劳修斯熵
§7.1 热力学的一些基本概念
一、内能 功和热量 1.态函数
每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。
由一系列依次接替的平衡态组成。 对 “无限缓慢” 的实际过程的近似描述。
无限缓慢： 微小变化时间 >> 驰豫时间 弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间
§ 7.2 热力学第一定律
一、热力学第一定律
1.
数学表式
Q E A
对微小变化过程
பைடு நூலகம்d Q dE d A
RT
RT ln V2
V2
V1
等温
RT ln
p1
p2
RT ln
p1
0
p2
绝热
PV = 常量 dQ g-1 V T = 常量 0 g-1 - g = P T 常量
g
cV T
0
p2V2 p1V1 cV T 1
§7.5 循环过程 卡诺循环
一、 循环过程
系统的工作物质，经一系列变化过程又回到了初始状态，如果 每一段过程都是平衡过程，表现在 P—V 图上就是： P a P P a
Q
Q
A
Q
E
热量从高温物体传到低温物 体的过程是不可逆的！
（3）气体的自由膨胀过程
气体不须任何外界的帮助即从左室扩散到 整个容器，是否也可以不须外界任何帮助就回到左室 呢？ 不行！
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Q （ E 2 E 1 ） A E AdQdEdA
第一定律的符号规定
Q
E
(不消+耗任系何统能吸量热而不内断能增加
对外作系功统的放机热器) 内能减少
A
系统对外界做功
外界对系统做功
说明
(1) 热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的能量守恒 与转换定律；
(2) 第一类永动机是不可能实现的。这是热力学第一定律的 另一种表述形式；
动量等。
3
研究对象 物理量 出发点
方法
优点
宏观理论
（热力学）
热现象
宏观量
观察和实验 总结归纳 逻辑推理
普遍，可靠
微观理论
（统计物理学）
热现象
微观量
微观粒子
统计平均方法 力学规律 揭露本质
缺点
不深刻
无法自我验证
二者关系 热力学验证统计物理学，统计物理学
揭示热力学本质
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一. 系统和外界
• 热力学系统 由大量粒子组成的宏观物体或物体系。
• 外界 系统以外的物体
• 系统与外界可以有相互作用
系统
例如：热传递、质量交换等
• 系统的分类
开放系统： 系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。 封闭系统： 系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。
孤立系统： 系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。
5
二.气体的状态参量
体积(V) 气体分子可能到达的整个空间的体积 压强(p) 大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的
(2) 此式给出过程量与状态量的关系。
(3) 作功和传热效果一样，本质不同。
六. 热力学第一定律
外而界且与传系递统热之量间，不则仅有作功，Q （ E 2 E 1 ） A
2024版大学化学热力学基础课件
大学化学热力学基础课件contents •热力学基本概念与定律•热力学基本量与计算•热力学过程与循环•热力学在化学中的应用•热力学在物理化学中的应用•热力学在材料科学中的应用目录01热力学基本概念与定律孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类状态函数与过程函数状态函数描述系统状态的物理量，如内能、焓、熵等。
状态函数的变化只与系统的初、终态有关，与过程无关。
过程函数描述系统变化过程的物理量，如热量、功等。
过程函数的变化与具体的路径有关。
能量守恒定律能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。
热力学第一定律表达式ΔU = Q + W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统与外界交换的热量，W表示外界对系统所做的功。
热力学第二定律的表述不可能从单一热源吸热并全部转化为有用功而不引起其他变化。
熵增原理在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。
熵是描述系统无序度的物理量，熵增加意味着系统无序度增加。
02热力学基本量与计算温度是表示物体冷热程度的物理量，是热力学中最重要的基本量之一。
温度的概念温标的定义温度的测量温标是用来衡量温度高低的标准，常见的有摄氏温标、华氏温标和开氏温标等。
温度的测量通常使用温度计，其原理是利用物质的热胀冷缩性质或其他物理效应来测量温度。
030201温度与温标压力的概念压力是单位面积上受到的垂直作用力，是描述气体状态的重要物理量。
体积的概念体积是物体所占空间的大小，对于气体而言，体积通常是指气体所充满的容器的容积。
压力与体积的关系在温度不变的情况下，气体的压力与体积成反比关系，即波义耳定律。
压力与体积030201热量的概念热量是物体之间由于温差而传递的能量，是热力学中重要的基本概念之一。
功的概念功是力在力的方向上移动的距离的乘积，是描述系统能量转化或传递的物理量。
13-3理想气体的等体、等压和等温过程
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物理学
第五版
13- 理想气体的等体、 13-3 理想气体的等体、等压和等温过程 热容 摩尔热容比
γ = Cp,m CV,m
等压过程的三个量
W = p (V2 − V1 ) = ν R (T2 − T1 )
Q p = νC p,m (T2 − T1 )
E2 − E1 =νCV ,m (T2 − T1 )
由热力学第一定律
p2
2
V1
o
dQT = dWT = pdV
dV
V2 V
QT = W T =
∫
V2
V1
pdV
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第十三章 热力学基础
物理学
第五版
13- 理想气体的等体、 13-3 理想气体的等体、等压和等温过程 热容
QT = WT = ∫ pdV
V1
V2
RT p =ν V
V2
p1V1 = p 2V2
RT V2 QT = W = ∫ ν dV = ν RT ln V1 V V1
p1 = νRT ln p2
第十三章 热力学基础
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物理学
第五版
13- 理想气体的等体、 13-3 理想气体的等体、等压和等温过程 热容 等温过程热量与功的转换情况 等温膨胀 等温膨胀 等温压缩 等温压缩
p p1
1 ( p1 , V1 , T )
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第十三章 热力学基础
物理学
第五版
13- 理想气体的等体、 13-3 理想气体的等体、等压和等温过程 热容
(一)摩尔定体热容
d 理想气体，等体过程， 1mol 理想气体，等体过程， QV ，dT 。
CV ,m
∵
大学物理热学第十三章 热力学基础 PPT
Mayer公式
•摩尔热容比
CP,m i 2
CV ,m i
泊松比
CV ,m
i 2
R
Cp,m
CV ,m
R
i
2 2
R
单原子分子理想气体 i 3 1.67
双原子分子理想气体 i 5 1.40
多原子分子理想气体 i 6 1.33
pV m RT RT
M
Q CV ,m (T2 T1)
•过程曲线: p b T2
0
a T1 V
吸收得热量全部用来内能增加;或向外界放热以内能减小为代 价;系统对外不作功。
3、理想气体定体摩尔热容 CV ,m
•定义:1mol、等体过程升高1度所需得热量
•等体过程吸热 QV CV ,m (T2 T1)
•等体过程内能得增量
E
QV
i 2
R
T2
T1 CV ,m T2
13-1 准静态过程 功 热量
一、准静态过程
可用Ｐ－V 图上得一条有
方向得曲线表示。
二、功
准静态过程系统对外界做功:
元功: dW Fdl pSdl pdV
dl
系统体积由V1变 为V2,系统对外 界作总功为:
V2
W＝ pdV
V1
p F S pe
光滑
注意:
V2
W＝ pdV
V1
1、V ，W>0 ；V ，W<0或外界对系统作功 ，V不变时W=0
V2 PdV
V1
i CV ,m 2 R
CP,m
CV ,m
CP,m CV ,m R
等容 等压
WV 0
QV CV ,m (T2 T1) E
QP Cp,m (T2 T1) CV ,m (T2 T1) P(V2 V1) WP P(V2 V1) R(T2 T1)
热力学基础
可得
p1V1 p2V2 Aa CV ,m ( ) R R
Aa
( p1V1 p2V2 )
Aa
p1V1 p2V2 1
绝热过程方程的推导
dQ 0 , dA dE
p1
p
1( p1,V1,T1 )
Q0
( p2 ,V2 ,T2 ) 2
2.热力学过程
当热力学系统（大量微观粒子组成的气体、固 体、液体）在外界影响下，从一个状态到另一个状 态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。 准静态过程 非静态过程
热力学过程
A、非静态过程
系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中
间态为非平衡态的过程。 当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一 状态都是非平衡态。 系统从平衡态1到平衡态 2，经过一个过程,平 衡态 1 必首先被破坏，系统变为非平衡态，从非平 衡态到新的平衡态，所需的时间为弛豫时间。 即：弛豫时间 是系统从一个平衡态变到相邻平衡态 所经过的时间
p
等 p ( p,V2 ,T2 ) ( p,V1,T1 ) 2 1 压 压 W 缩 o V2 V1 V
p
Qp
E2
E1
W
Qp
E1
W
E2
(3) 等温过程
T 常量 过程方程 pV 常量 dE 0
特征
p p1
1 ( p1,V1, T )
p2
( p2 ,V2 ,T )
2
热力学第一定律
o
恒 温 热 源 T
分子热运动能量
热量
热量也是能量变化的量度 热量随时间变化，也是过程量
功与热量的异同
1）过程量：与过程有关；
《物理课件：热力学基础》
热力学基础PPT大纲： 1. 热力学基本概念介绍 2. 热力学第一定律：能量守恒定律 3. 热力学第二定律：热力学箭头
热力学第三定律：绝对零度
探索绝对零度的奥秘，了解熵在该温度下的行为以及其对热力学的影响。
液氮实验
通过浸入液氮的实验，展示绝对 零度对物态的影响。
冰晶结构
低温室
深入研究绝对零度下的冰晶结构， 揭示其奇特性质。
热泵 转换低温热能为高温热能 工作于低温环境 应用于制冷和空调系统等
蒸汽与燃气轮机原理
探讨蒸汽轮机和燃气轮机的原理，了解它们在能源生产和发电中的关键角色。
蒸汽轮机
详细解释蒸汽轮机的工作原理和 在发电厂中的应用。
燃气轮机
研究燃气轮机和喷气发动机的相 似性，以及它们在空中和陆地上 的应用。
发电厂
深入了解发电厂中蒸汽轮机和燃 气轮机的作用和贡献。
探究低温实验室中的绝对零度研 究设备和技术。
热力学过程：等温、等容、等压、绝热
深入了解不同热力学过程，包括等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程，以及它们在现实生活中的应用。
等温过程
探索等温过程的特点和热力学运算的方法。
等压过程
研究等压过程中的功和热量变化，以及其在化学 反应中的应Fra bibliotek。等容过程
了解等容过程的条件和在引擎中的应用。
热力学熵与熵变
揭示熵作为热力学量的重要性，了解熵变对系统状态和过程的影响。
1 系统的有序性
探討熵的概念以及高熵和低 熵状态之间的差异。
2 熵的增加
了解为什么自然倾向于增加 熵，并探讨熵的增加与不可 逆性的关系。
3 熵变的计算
深入研究计算熵变的方法，并讨论其在化学反应中的应用。
热力学基础
熵增原理：系 统总是朝着熵 增的方向发展， 即系统越来越
混乱。
焓变：表示系统 在过程中吸收或 释放的热量，焓 变等于系统吸收 的热量减去系统
释放的热量。
4
热力学的应用领域
能源和环境
热力学在能源领域的应 用：提高能源利用效率，
减少能源消耗
热力学在环境保护领域 的应用：减少污染，改
善环境质量
热力学在可再生能源领 域的应用：太阳能、风 能、水能等可再生能源
热力学第二定律：熵增原理，表示在一个自发过程中，系统的熵总是增加的。
热力学第三定律：绝对零度定律，表示当温度接近绝对零度时，系统的熵趋于零。
热力学的发展历程
17世纪：热力 学的萌芽阶段， 主要研究热现 象和热力学定 律
18世纪：热力 学的发展阶段， 建立了热力学 第一定律和第 二定律
19世纪：热力 学的成熟阶段， 建立了热力学 第三定律和统 计热力学
能
生物医学工程
热力学在生物医学工程中的应用：如热力学在生物医学仪器设计、生物医学材料研究中的应用。
热力学在生物医学工程中的重要性：如热力学原理在生物医学工程中的指导作用，以及热力学在生物医学工程中的创新应用。
热力学在生物医学工程中的挑战：如热力学在生物医学工程中的难点和挑战，以及如何克服这些挑战。 热力学在生物医学工程中的发展趋势：如热力学在生物医学工程中的发展趋势和前景，以及如何把握这些发展趋势。
热力学基础
XX, a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录
热力学的定义 和历史
热力学的四个 基本定律
热力学的基本 概念
热力学的应用 领域
热力学的未来 发展
大学物理气体动理论热力学基础复习题及答案详解
第12章 气体动理论一、填空题：1、一打足气的自行车内胎,若在7℃时轮胎中空气压强为×510pa .则在温度变为37℃,轮胎内空气的压强是 ;设内胎容积不变2、在湖面下50.0m 深处温度为4.0℃,有一个体积为531.010m -⨯的空气泡升到水面上来,若湖面的温度为17.0℃,则气泡到达湖面的体积是 ;取大气压强为50 1.01310p pa =⨯3、一容器内储有氧气,其压强为50 1.0110p pa =⨯,温度为27.0℃,则气体分子的数密度为 ；氧气的密度为 ；分子的平均平动动能为 ；分子间的平均距离为 ;设分子均匀等距排列4、星际空间温度可达,则氢分子的平均速率为 ,方均根速率为 ,最概然速率为 ;5、在压强为51.0110pa ⨯下,氮气分子的平均自由程为66.010cm -⨯,当温度不变时,压强为 ,则其平均自由程为1.0mm;6、若氖气分子的有效直径为82.5910cm -⨯,则在温度为600k,压强为21.3310pa ⨯时,氖分子1s 内的平均碰撞次数为 ;7、如图12-1所示两条曲线1和2,分别定性的表示一定量的某种理想气体不同温度下的速率分布曲线,对应温度高的曲线 是 .若图中两条曲线定性的表示相同温度下的氢气和氧气的速率分布曲线,则表示氧气速率分布曲线的是 .8、试说明下列各量的物理物理意义： 112kT , 232kT , 32i kT , 42i RT , 532RT , 62M i RT Mmol ; 参考答案：1、54.4310pa ⨯ 2、536.1110m -⨯ 3、25332192.4410 1.30 6.2110 3.4510m kg m J m ----⨯⋅⨯⨯ 4、2121121.6910 1.8310 1.5010m sm s m s ---⨯⋅⨯⋅⨯⋅ 图12-15、6.06pa6、613.8110s -⨯ 7、2 ,28、略二、选择题：教材习题12-1,12-2,12-3,12-4. 见课本p207～208参考答案：12-1～12-4 C, C, B, B. 第十三章热力学基础一、选择题1、有两个相同的容器,容积不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气均可看成刚性分子它们的压强和温度都相等,现将 5 J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高同样的温度,则应向氦气传递的热量是A 6 JB 5 JC 3 JD 2 J2、一定量理想气体,经历某过程后,它的温度升高了,则根据热力学定理可以断定：1该理想气体系统在此过程中作了功；2在此过程中外界对该理想气体系统作了正功；3该理想气体系统的内能增加了；4在此过程中理想气体系统既从外界吸了热,又对外作了正功;以上正确的是：A 1,3B 2,3C 3D 3,43、摩尔数相等的三种理想气体H e 、N 2和CO 2,若从同一初态,经等压加热,且在加热过程中三种气体吸收的热量相等,则体积增量最大的气体是：AH e BN 2CCO 2 D 三种气体的体积增量相同4、如图所示,一定量理想气体从体积为V 1膨胀到V 2,AB,AC为等温过程AD 为绝热过程;则吸热最多的是： A AB 过程 B AC 过程 C AD 过程 D 不能确定 5、卡诺热机的循环曲线所包围的面积从图中abcda 增大为ab’c’da ,那么循环abcda 与ab’c’da 所作的净功和热机效率的变化情况是：A 净功增大,效率提高；B 净功增大,效率降低；C 净功和效率都不变；D 净功增大,效率不变;6、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是：A 热量能从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体；B 功可以全部变为热,但热不能全部变为功；C 气体能够自由膨胀,但不能自由压缩；D 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量;7、 理想气体向真空作绝热膨胀A 膨胀后,温度不变,压强减小．VB 膨胀后,温度降低,压强减小．C 膨胀后,温度升高,压强减小．D 膨胀后,温度不变,压强不变．8、1mol 的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ,如果不知是什么气体,变化过程也不知道,但A 、B两态的压强、体积和温度都知道,则可求出：A 气体所作的功.B 气体内能的变化.C 气体传给外界的热量.D 气体的质量.9、 有人设计一台卡诺热机可逆的．每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J,向 300 K 的低温热源放热 800 J ．同时对外作功1000 J,这样的设计是A 可以的,符合热力学第一定律．B 可以的,符合热力学第二定律．C 不行的,卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量．D 不行的,这个热机的效率超过理论值．10、 一绝热容器被隔板分成两半,一半是真空,另一半是理想气体．若把隔板抽出,气体将进行自由膨胀,达到平衡后A 温度不变,熵增加．B 温度升高,熵增加．C 温度降低,熵增加．D 温度不变,熵不变．二、 填充题1、要使一热力学系统的内能变化,可以通过 或 两种方式,或者两种方式兼用来完成;热力学系统的状态发生变化时,其内能的改变量只决定于 ,而与 无关;2、将热量Q 传给一定质量的理想气体;1若体积不变,热量转化为 ；2若温度不变,热量转化为 ;3、卡诺循环是由两个 过程和两个 过程组成的循环过程;卡诺循环的效率只与 有关,卡诺循环的效率总是 大于、小于、等于1;4、一定量理想气体沿a →b →c 变化时作功abc W =615J,气体在b 、c 两状态的内能差J E E c b 500=-;那么气体循环一周,所作净功=WJ ,向外界放热为=Q J ,等温过程中气体作功=ab WJ ;5、常温常压下,一定量的某种理想气体可视为刚性双原子分子,在等压过程中吸热为Q,对外作功为W,内能增加为E ∆,则W Q =_ _,E Q∆=_________; 6、p V -图上封闭曲线所包围的面积表示 物理量,若循环过程为逆时针方向,则该物理量为 ;填正或负7、一卡诺热机低温热源的温度为27C,效率为40% ,高温热源的温度T 1 = .8、设一台电冰箱的工作循环为卡诺循环,在夏天工作,环境温度在35C,冰箱内的温度为0C,这台电冰箱的理想制冷系数为e = .9、一循环过程如图所示,该气体在循环过程中吸热和放热的情ab coVT况是a →b 过程 ,b →c 过程 ,c →a 过程 ;10、将1kg 温度为010C 的水置于020C 的恒温热源内,最后水的温度与热源的温度相同,则水的熵变为 ,热源的熵变为 ;水的比热容为34.1810ln1.03530.035J kg K ⨯⋅=，参考答案：一、1、C 2、C 3、A 4、A 5、D6、C7、A8、B9、D 10、A二、1、作功,传热,始末状态,过程 2、理想气体的内能,对外作功 3、绝热,等温, 4、115J ,500J ,615J 5、27,576、功,负7、 500K8、9、吸热,放热,吸热 10、11146.3,142.7J K J K --⋅-⋅自测题5一、选择题1、一定量某理想气体按2pV =恒量的规律膨胀,则膨胀后理想气体的温度 A 将升高 B 将降低 C 不变 D 不能确定;2、若理想气体的体积为V ,压强为p ,温度为T ,一个分子的质量为m ,k 为玻尔兹曼常量,R 为摩尔气体常量,则该理想气体的分子数为 A pV m B ()pV kT C ()pV RT D ()pV mT3、如题5.1.1图所示,两个大小不同的容器用均匀的细管相连,管中有一水银作活塞,大容器装有氧气,小容器装有氢气,当温度相同时,水银滴静止于细管中央,试问此时这两种气体的密度哪个大 A 氧气的密度大; B 氢气的密度大; C 密度一样大; D 无法判断;4、若室内生起炉子后温度从015C 升高到027C ,而室内气压不变,则此时室内的分子数减少了A 0.5%B 4%C 9%D 21%5、一定量的理想气体,在容积不变的条件下,当温度升高时,分子的平均碰撞次数Z 和平均自由程λ的变化情况是 A Z 增大,λ不变; B Z 不变,λ增大; C Z 和λ都增大; D Z 和λ都不变;6、一定量的理想气体,从a 态出发经过①或②过程到达b 态,acb 为等温线如题5.1.2图所示,则①,②两过程中外界对系统传递的热量12,Q Q 是A 120,0Q Q >> B 120,0Q Q << C 120,0Q Q >< D 120,0Q Q <>7、如题5.1.3图,一定量的理想气体经历acb 过程时吸热200J ;则经历acbda 过程时,吸热为 A 1200J - B 1000J - C 700J - D 1000J8、一定量的理想气体,分别进行如题5.1.4图所示的两个卡诺循环abcda 和a b c d a ''''';若在P V -图上这两个循环曲线所围面积相等,则可以由此得知这两个循环 A 效率相等; B 由高温热源处吸收的热量相等;C 在低温热源处放出的热量相等;D 在每次循环中对外做的净功相等;9、“理想气体和单一热源接触作等温膨胀时,吸收的热量全部用来对外做功;”对此说法,有如下几种评论,哪种是正确的A 不违反热力学第一定律,但违反热力学第二定律;B 不违反热力学第二定律,但违反热力学第一定律;C 不违反热力学第一定律,也不违反热力学第二定律;D 违反热力学第一定律,也违反热力学第二定律;10、一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀,体积由1V 增至2V ,在此过程中气体的A 内能不变,熵增加;B 内能不变,熵减少;C 内能不变,熵不变;D 内能增加,熵增加;二、填空题：1、在推导理想气体压强公式中,体现统计意义的两条假设是1 ；2 ;2、在定压下加热一定量的理想气体;若使其温度升高1K 时,它的体积增加了倍,则气体原来的温度是 ;3、在相同的温度和压强下,各为单位体积的氢气视为刚性双原子分子气体与氦气的内能之比为 ;4、分子物理学是研究 的学科,它应用的基本方法是 方法;①②题5.1.2图 1 41 4 题5.1.3图o 题5.1.4图5、解释名词：自由度 ;准静态过程 ;6、用总分子数N ,气体分子速率v 和速率分布函数()f v 表示下列各量：1速率大于0v 的分子数= ；2速率大于0v 的那些分子的平均速率= ；3多次观察某一分子的速率,发现其速率大于0v 的概率= ;7、常温常压下,一定量的某种理想气体可视为刚性分子、自由度为i ,在等压过程中吸热为Q ,对外做功为A ,内能增加为E ∆,则A Q = ;8、有一卡诺热机,用29kg 空气为工作物质,工作在027C 的高温热源与073C -的低温热源之间,此热机的效率η= ;若在等温膨胀过程中气缸体积增大倍,则此热机每一循环所做的功为 ;空气的摩尔质量为312910kg mol--⨯⋅ 自测题5参考答案一、选择题1、B2、B3、A4、B5、A6、A7、B8、D9、C 10、A二、填空题1、1沿空间各方向运动的分子数目相等； 2222x y z v v v ==;2、200K3、53;1034、物质热现象和热运动规律； 统计;5、确定一个物体在空间的位置所需要的独立坐标的数目；系统所经历的所有中间状态都无限接近于平衡状态的过程;6、0000()()/()()v v v v Nf v dv vf v dv f v dv f v dv ∝∝∝∝⎰⎰⎰⎰ 7、2;22i i i ++ 8、533.3%;8.3110J ⨯;另外添加的题目：一、选择题：1、双原子理想气体,做等压膨胀,若气体膨胀过程从热源吸收热量J 700,则该气体对外做功为 DA J 350B J 300C J 250D J 2002、在V P -图图1中,mol 1理想气体从状态A 沿直线到达B ,B A V V =2,则此过程系统的功能和内能变化的情况为 CA 0,0>∆>E AB 0,0<∆<E AC 0,0=∆>E AD 0,0>∆<E A3、某理想气体分别经历如图2所示的两个卡诺循环：)(abcd I 和)(d c b a ''''I I ,且两条循环曲线所围面积相等;设循环I 的效率为η,每次循环在高温热源处吸收的热量为Q ,循环II 的效率为η',每次循环在高温Q ',则BA Q Q '<'<,ηη;B Q Q '>'<,ηη;C Q Q '<'>,ηη;D Q Q '>'>,ηη4、一热机在两热源12400,300T K T K ==之间工作,一循环过程吸收1800J ,放热800J ,作功1000J ,此循环可能实现吗 BA 可能；B 不可能；C 无法判断;5、有两个相同的容器,容积不变,一个盛有氦气,另一个盛有氢气均可看成刚性分子它们的压强和温度都相等,现将5J 的热量传给氢气,使氢气温度升高,如果使氦气也升高相同的温度,则应向氦气传递的热量是CA 6JB 5JC 3JD 2J6、一定量理想气体,经历某过程后,它的温度升高了,则根据热力学定理可以断定：1该理想气体系统在此过程中作了功；2在此过程中外界对该理想气体系统作了功；3该理想气体系统的内能增加了；4在此过程中理想气体系统既从外界吸了热,又对外作了正功;以上正确的是 CA 1,3B 2,3C 3 D3,4 E47、对于理想气体系统来说,在下列过程中,哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值： DA 等容降压过程B 等温膨胀过程C 绝热膨胀过程D 等压压缩过程8、对于室温下的双原子分子理想气体,在等压膨胀的情况下,系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比/A Q 等于： DA 1/3B 1/4C 2/5D 2/79、摩尔数相等的三种理想气体e H 、2N 和2CO ,若从同一初态,经等压加热,且在加热过程中三种气体吸收的热量相等,则体积增量最大的气体是： AA e HB 2NC 2COD 三种气体的体积增量相同10、如图所示,一定量理想气体从体积为1V 膨胀到2V ,AB 为等压过程,AC 为等温过程,AD 为绝热过程,则吸热最多的是：AA AB 过程 B AC 过程 C AD 过程 D 不能确定11、根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的是：CA 热量能从高温物体传到低温物体,但不能从低温物体传到高温物体；B 功可以全部变为热,但热不能全部变为功；C 气体能够自由膨胀,但不能自由压缩；D 有规则运动的能量能够变为无规则运动的能量,但无规则运动的能量不能够变为有规则运动的能量;12、汽缸内盛有一定的理想气体,当温度不变,压强增大一倍时,该分子的平均碰撞频率和平均自由程的变化情况是：C A Z 和λ都增大一倍； B Z 和λ都减为原来的一半； C Z 增大一倍而λ减为原来的一半；D Z 减为原来的一半而λ增大一倍;13、在恒定不变的压强下,气体分子的平均碰撞频率Z 与气体的热力学温度T 的关系为CA Z 与T 无关；B Z 与T 成正比；C Z 与T 成反比；D Z 与T 成正比;14、一瓶氦气和一瓶氮气密度相同,分子平均平动动能相同,而且都处于平衡状态,则它们： CA 温度相同、压强相同；B 温度、压强相同；C 温度相同,但氦气的压强大于氮气的压强；D 温度相同,但氦气的压强小于氮气的压强;15、已知氢气与氧气的温度相同,请判断下列说法哪个正确A 氧分子的质量比氢分子大,所以氧气的压强一定大于氢气的压强；B 氧分子的质量比氢分子大,所以氧气密度一定大于氢气的密度；C 氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的速率一定比氧分子的速率大；D 氧分子的质量比氢分子大,所以氢分子的方均根速率一定比氧分子的方均根速率大;16、按2PV =恒量规律膨胀的理想气体,膨胀后的温度为： CA 升高；B 不变；C 降低；D 无法确定17、下列各式中哪一种式表示气体分子的平均平动动能式中M 为气体的质量,m 为气体分子的质量,N 为气体分子总数目,n 为气体分子密度,0N 为阿伏加德罗常数,mol M 为摩尔质量;A 32m PV M ;B 32mol M PV M ;C 32nPV ;D 032mol M N PV M18、一定量的理想气体可以：DA 保持压强和温度不变同时减小体积；B 保持体积和温度不变同时增大压强；C 保持体积不变同时增大压强降低温度；D 保持温度不变同时增大体积降低压强;19、设某理想气体体积为V ,压强为P ,温度为T ,每个分子的质量为μ,玻尔兹曼常数为k ,则该气体的分子总数可以表示为：C A PV k μ B PT V μ C PV kT D PT kV19、关于温度的意义,有下列几种说法：1气体的温度是分子平均平动动能的量度；2气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现,具有统计意义；3温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同；4从微观上看,气体的温度表示每个气体分子的冷热程度；上述说法中正确的是：BA1,2,4 B1,2,3 C2,3,4 D1,3,420、设某种气体的分子速率分布函数为()f v ,则速率在12v v →区间内的分子平均速率为：CA 21()v v vf v dv ⎰B 21()v v v vf v dv ⎰ C 2121()()v v v v vf v dv f v dv ⎰⎰ D 210()()v v vf v dv f v dv∝⎰⎰ 21、两容积不等的容器内分别盛有可视为理想气体的氦气和氮气,如果它们温度和压强相同,则两气体：CA 单位体积内的分子数必相同；B 单位体积内的质量必相同；C 单位体积内分子的平均动能必相同：D 单位体积内气体的内能必相同;22、在标准状态下,体积比为1:2的氧气和氦气均视为理想气体相混合,混合气体中氧气和氦气的内能之比为：CA 1:2B 5:3C 5:6D 10:3填空题：1、要使一热力学系统的内能增加,可以通过传热或作功两种方式,或者两种方式兼用来完成;热力学系统的状态发生变化时,其内能的改变量只决定于初末状态,而与过程无关;2、16g 氧气在400K 温度下等温压缩,气体放出的热量为1152J ,则被压缩后的气体的体积为原体积的12倍,而压强为原来压强的2倍;3、一热机从温度为727o C 的高温热源吸热,向温度为527oC 的低温热量放热,若热机在最大效率下工作,且每一循环吸热2000J ,则此热机每一循环作功为400J ;4、一卡诺热机在每次循环中都要从温度为400K 的高温热源吸热418J ,向低温热源放热334.4J ,低温热源的温度为320K ;5、汽缸内有单原子理想气体,若绝热压缩使体积减半,问气体分子的平均速率变为原来速率的 倍若为双原子理想气体又为 倍6、下面给出理想气体状态方程的几种微分形式,指出它们各表示什么过程; 1()mol PdV M M RdT =表示等压过程； 2()mol VdP M M RdT =表示等容或者等体过程；30PdV VdP +=表示等温过程;7、容积为10升的容器中储有10克的氧气;1600m s -=⋅,则此气体的温度T =462K ；压强P = 51.210⨯ Pa ;8、在室温27o C 下,1mol 氢气和1mol 氧气的内能比为1:1；1g 氢气和1g 氧气的内能比为16:19、理想气体的内能是温度的单值函数; 2i kT 表示分子的平均动能； 2i RT 表示1mol 气体分子的内能 2m i RT M 表示m 千克气体分子的内能 10、氮气在标准状态下的分子平均碰撞次数为311.310s -⨯,分子平均自由程为6610cm -⨯,若温度不变,气压降为0.1atm ,则分子平均碰撞次数变为211.310s -⨯；分子平均自由程变为5610cm -⨯。
13-03 理想气体的等体过程和等压过程《大学物理学》
二 等压过程 定压摩尔热容 特 性 p 常量 过程Q p dE dW
1
p
( p,V1, T1 ) ( p,V2 ,T2 ) 1 2
W
o
V1
V2 V
定压摩尔热容定义: 1mol 理想气体在等压过程中吸 收的热量 dQ p ，温度升高 dT，其定压摩尔热容为
13-3 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容（陈世红） 第十三章热力学基础
计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础
（ 1）
m pV RT （理想气体的共性） M dQ dE pdV 准静态过程 热
（ 2）
m i E RT （理想气体的状态函数） （ 3） M 2
（4） 各等值过程的特性 .
Q E pdV
V1
V2
力学第一定律
13-3 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容（陈世红） 第十三章热力学基础
本节要求会推导,会求W,Q,E2-E1 一 等体过程 定体摩尔热容 特性 V 常量
过程方程
1
p2
p
( p2 ,V , T2 )
( p1 ,V , T1 )
pT 常量 p1 dV 0 , dW 0 o 热力学第一定律 dQV dE
定义摩尔热容比（比热比）
m R (T2 T1 ) W p(V2 V1 ) M m m Q p C p ,m (T2 T1 ), E2 E1 CV ,m (T2 T1 ) M M
C p,m CV ,m
13-3 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容（陈世红） 第十三章热力学基础
dQV dT
等 p2 体 升 p1 压
p
2 ( p ,V , T ) 2 2 1
郭爷物理讲义PPT
13-5 循环过程 卡诺循环
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
p
A Q1
T1 T2ຫໍສະໝຸດ 高温热源T1Q1T1 B
卡诺致冷机 W
W
o
D
Q2 T2
C
V
Q2
低温热源T2
卡诺致冷机致冷系数
e Q2 T2 Q1 Q2 T1 T2
第十三章 热力学基础
15
物理学
第五版
13-5 循环过程 卡诺循环
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ？
V2 V3
卡诺循环
A — B 等温膨胀 B — C 绝热膨胀 C — D 等温压缩 D — A 绝热压缩
第十三章 热力学基础
11
物理学
第五版
13-5 循环过程 卡诺循环
p p1
A
T1 T2 Qab
p2
T1 B
p4
W
D
p3
C
Qcd T2 V
o V1 V4
V2 V3
A — B 等温膨胀吸热
Q1
Qab
物理学
第五版
13-5 循环过程 卡诺循环
热机发展简介
人们一直在为提高热机的效率而努力 ，从理论上研究热机效率问题， 一方面指 明了提高效率的方向， 另一方面也推动了 热学理论的发展 .
第十三章 热力学基础
1
物理学
第五版
13-5 循环过程 卡诺循环
各种热机的效率
液体燃料火箭 48%
柴油机
37%
B
TC TB
TB
1
V2 V1
1
o V1
D 放 A
V2 V
第十三章 热力学基础
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物理学
大学物理《热力学基础》课件
大学物理《热力学基础》课件一、教学内容1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
二、教学目标1. 掌握热力学基本概念，理解温度、热量、内能、熵等物理量的意义；2. 掌握热力学第一定律，了解做功和热传递在能量传递中的作用；3. 理解热力学第二定律，认识熵增原理及其在实际应用中的重要性；4. 掌握热力学第三定律，了解绝对零度的概念及其对热力学的影响；5. 熟练运用热力学基本方程，分析实际热力学问题。
三、教学难点与重点重点：热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学基本方程；难点：熵增原理的理解，热力学过程的可逆性与不可逆性，绝对零度的概念及应用。
四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、多媒体课件；2. 学具：笔记本、笔、计算器。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过讨论日常生活中的热现象，如热水沸腾、冰块融化等，引导学生思考热力学基本问题；2. 讲解热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等，结合实例进行解释；3. 讲解热力学第一定律：能量守恒定律，通过示例分析做功和热传递在能量传递中的作用；4. 讲解热力学第二定律：熵增原理，讨论热力学过程的可逆性与不可逆性，结合实际例子阐述其重要性；5. 讲解热力学第三定律：绝对零度的概念，分析熵与温度的关系；6. 讲解热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律，通过例题展示如何运用热力学基本方程分析实际问题；7. 随堂练习：布置几道有关热力学基本概念、定律和方程的题目，让学生现场解答，教师点评并讲解；8. 课堂小结：回顾本节课的主要内容，强调热力学基本概念、定律和方程的重要性。
六、板书设计1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。
热力学基础
第一章热力学基础目的要求：1. 理解热力学的一些基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程。
2. 明确热力学能和焓的定义及状态函数的特征，理解热力学能变与恒容热，焓变与恒压热之间的关系。
3. 理解热力学第一定律的文字表述，掌握热力学第一定律的数学表达式及其应用。
4. 理解可逆过程及其特征。
5. 明确过程量热和功的正、负，理解体积功、热容、显热、潜热、化学反应热、摩尔相变焓、标准摩尔反应焓、标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓等概念。
6. 能熟练地运用热力学第一定律计算系统在理想气体的纯P V T变化、在相变化及化学变化中的应用（计算功、热、热力学能变、焓变）。
7. 能熟练地应用标准摩尔生成焓、标准摩尔燃烧焓求标准摩尔反应焓，能用基尔霍夫公式计算不同温度下化学反应的焓变。
8. 了解自发过程的共同特征。
理解热力学第二定律的文字表达。
9. 了解熵判据的表达式和熵增原理，较熟练地计算单纯P、V、T变化过程、相变和化学反应的熵变。
10. 理解规定摩尔熵、标准摩尔熵，理解标准摩尔反应熵的定义及掌握化学反应熵差的计算。
11. 理解熵的物理意义，了解热力学第三定律、卡诺循环、卡诺定理。
12. 明确亥姆霍兹函数、吉布斯函数的概念，较熟练地计算各种恒温过程的△ G13. 明确熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据应用条件，会用熵判据、吉布斯函数判据判断过程的方向和限度。
14. 了解热力学基本方程及一些重要关系式。
教学重点难点：1. 基本概念：系统与环境、状态与状态函数、热和功、各种热力学过程2 •热力学的状态函数：热力学能、焓、熵、亥姆霍兹函数、吉布斯函数过程量：热和功3 •基本定律：热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律4 •热力学第一定律对理想气体的状态变化过程、相变过程及化学变化过程的应用（计算Q W △ U>A H）o5 •热力学判据：熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据的具体应用（计算A S A G A F）o教学难点：1 •状态与状态函数2•热力学第一定律、热力学第二定律3•熵判据、亥姆霍兹函数判据、吉布斯函数判据教学内容:第一章热力学基础热力学的研究对象及方法热力学是研究能量相互转化过程中所遵循的规律及各种因素对能量转化的影响的科学。
2024版大学化学热力学基础ppt课件
在化学反应中，反应前后物质的焓的差值称为 焓变，用ΔH表示；反应前后物质的熵的差值 称为熵变，用ΔS表示。
11
热力学性质图表
01
温度-熵图（T-S图）
以温度为纵坐标、熵为横坐标的 图示方法，用于表示物质在不同 温度下的熵值变化。
02
压力-体积图（p-V 图）
以压力为纵坐标、体积为横坐标 的图示方法，用于表示物质在不 同压力下的体积变化。
28
非平衡态热力学基本概念
非平衡态定义
系统内部存在不均匀性，导致物 理量（如温度、压力、浓度等） 在空间或时间上呈现不均匀分布 的状态。
热力学流与力
描述非平衡态系统中，各种物理 量的流动（如热流、粒子流、信 息流等）及其驱动力（如温度梯 度、浓度梯度等）。
局域平衡假设
在非平衡态系统中，可以将其划 分为若干小区域，每个小区域内 达到局部平衡状态，从而可以应 用平衡态热力学的理论。
内容
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值 保持不变。
数学表达式
ΔU = Q - W，其中ΔU为系统内能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外所做的功。
2024/1/25
6
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
热力学第三定律 在热力学温度零度（即T=0开）时，一切完美晶体的熵值等于零。
10
热力学性质的计算
热容
系统在某一过程中，温度升高（或降低）1K 所吸收（或放出）的热量，称为该系统在该过 程中的“热容”，用C表示。
第13章 热力学基础 第1、2节
１３–１ 准静态过程功热量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.准静态过程是一个理想化的过程，没有哪一个过程是严格意义上的准静态过程。
一. 准静态过程（理想化的过程）如果从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一个中间状态均可以近似看作平衡态，则该过程就称作准静态过程。
想一想：为什么这样说？１３–１ 准静态过程功热量TV p ,,TV p ,,''真空膨胀一定量的气体，在不受外界的影响下, 经过一定的时间, 系统达到一个稳定的, 宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态.（理想状态）pVo),,(T V p ),,(''T V p A B一. 准静态过程（理想化的过程）想一想：满足什么条件的过程可以近似看作准静态过程？气体活塞砂子),,(111T V p ),,(222T V p 1V 2V 1p 2p pVo12１３–１ 准静态过程功热量一. 准静态过程（理想化的过程）想一想：对于非准静态过程，能否用一条ｐ－Ｖ 图上的曲线来表示？),,(111T V p ),,(222T V p 1V 2V 1p 2p pVo12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.准静态过程功的计算pdVpdSdl Fdl dW ===∫=21d V VVp W 注意：作功的大小不仅与系统的始末状态有关，而且与过程有关.１３–１ 准静态过程功热量二. 功（过程量）∫=21d V VVp W 想一想：１、对非静态过程系统对外所作的功能否按上式计算？为什么？２、上述计算的结果何时出现正值？负值？零？它们对应的物理意义是什么？∫=21d V VVp W １ｍｏｌ理想气体从状态Ａ足够缓慢地变化到状态Ｂ，且一直保持温度Ｔ不变，若已知状态Ａ、Ｂ时气体体积分别为ＶＡ和ＶＢ，求该过程中气体对外所作的功。
热力学基础 PPT
摄尔修斯(Anders Celsius,1701-1744,瑞典天文学家), 用水银作为测温物质,以水的沸点为00C冰的熔点为100C,中间 100个等分。8年后接受了同事施特默尔(M、Stromer)的建议, 把两个定点值对调过来。称为摄氏温标。至1779年全世界共有 温标19种。
热力学基础
萨维里的蒸汽机
托马斯•纽可门的蒸汽机
§1、热学现象的初期研究
1769年,詹姆斯•瓦特(James Watt,1736-1819,法国,格 拉斯哥大学仪器维修工)改进了纽可门机,把冷凝过程从汽缸 内分离出来,即在汽缸外单独加一个冷凝器而使汽缸始终保 持在高温状态。
1782年,又制造出了使高压蒸汽轮流的从两端进入汽缸, 推动活塞往返运动的蒸汽机,使机器运作由断续变连续,从而 蒸汽机的使用价值大大提高,导致了欧洲的第一次工业革命。
热力学第一定律的 建立
电和磁:1820年奥斯特关于电流的磁效应的发现和1831年 法拉第关于电磁感应现象的发现完成了电和磁间的相互转化
电和化学:1800年伏打制成“伏打电堆”以及利用伏打 电流进行电解,从而完成了化学运动和电运动的相互转化运 动。
化学反应和热:1840年彼得堡科学院的黑斯(G、H、Hess) 提出关于化学反应中释放热量的重要定律:在一组物质转变为 另一组物质的过程中,不管反应是通过那些步骤完成的,释放的 总热量是恒定的。
1785年,热机被应用于纺织; 1807年,热机被美国人富尔顿应用于轮船; 1825年被用于火车和铁路。
《热力学基础 》课件
热力学第二定律的应 用
热力学第二定律的应用非常广泛，涉 及到能源利用、制冷技术、化学反应 等多个领域。例如，在发电厂中，热 力学第二定律被用来提高能源的利用 率；在制冷技术中，热力学第二定律 被用来设计高效的制冷系统；在化学 反应中，热力学第二定律被用来研究 反应的方向和限度。
熵增加
02
在封闭系统中，相变过程总是向着熵增加的方向进行，以增加
系统的无序度。
自由能变化
03
在等温、等压条件下，自发相变总是向着自由能降低的方向进源自行。相变的应用实例
冰融化成水
冰融化成水的过程是一个典型的相变过程，它涉 及到热量的吸收和释放。
铁的生锈
铁生锈的过程也是一个相变过程，铁从固态转变 为锈的液态和气态。
熵的微观解释
熵是系统内分子运动无序 性的量度，分子运动越无 序，熵越大。
熵的计算方法
熵的计算公式
对于封闭系统，熵变ΔS = ΔQ/T，其中ΔS表示系统熵变 ，ΔQ表示系统热量变化，T表示系统温度。
01
熵的统计计算方法
根据微观状态数W计算熵值，适用于气 体和液体。
02
03
熵的实验测量方法
通过测量系统的热量和温度来计算熵 变，需要精密的实验仪器和测量技术 。
熵的物理意义
熵与系统无序程度的关系
熵越大，系统无序程度越高，分子运动越混乱。
熵与系统自发过程的关系
在封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即 向着更加无序的状态演化。
熵与系统能量转换的关系
在能量转换过程中，系统熵变ΔS = ΔU/T，其中ΔU表示系统能量 变化，T表示系统温度。能量转换过程中总是伴随着熵的增加。
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dW pdV
W V2 pdV V1SFl源自注意： 作功与过程有关 .
W Fl
三、热 量
通过传热方式传递能量的 量度。系统与外界存在温度差 而发生的能量传递 .
T1 T2
T1 Q
T2
系统吸热 ：Q 0
系统放热 ：Q 0
传热方式：
热接触 热辐射
热对流
注意： 传热与过程有关 .
功与热量的异同
Q E V2 pdV V1
(1) 第一定律实质是能量转换和守恒定律.
——第一类永动机不可能制成.
(2)实验经验总结，自然界的普遍规律.
(3)适用于任何系统（气、液、固）.
§13-3 理想气体的等体过程和 等压过程 摩尔热容
等值过程的热量、功和内能
（1） pV RT （理想气体的共性）
（2）dQ dE pdV
(3) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情
况下都可以把实际过程看成是准静态过程；
热力学系统与外界传递能量的两种方式 作功
二、功
传热
1.功：是力作用过程中能量传递和转化的量度；是
过程量. 它可引起系统运动状态的变化.
系统对外作功：W 0 ； 外界对系统作功：W 0
2.功的计算
dW Fdl pSdl pdV
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 )
二、热力学第一定律
p
Q E2 E1 W Q E W
1*
系统从外界吸收的热量，一部分增
*2
加系统的内能，另一部分对外界做功 . o V1
V2 V
微变过程 dQ dE dW dE pdV
准静态过程 说明
物体中分子无规则运动能量的总和 .
E 0 （增加） E 0 （减少）
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
p
A*
1
A*
1
2 *B
o
V
o
WA1B QA1B WA2B QA2B
2 *B
V
WABA QABA 0
（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 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 cal
（3）功与热量的物理本质不同 .
§13-2 热力学第一定律 内能
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
一、内能 （状态量）
内能与状态有关
pp21
oo
2( p( p21,,VV ,,TT1)2 )
VV
VV
QV CV,m (T2 T1) E2 E1 dE CV ,mdT
EE1 1QQVV
0
0
E2
E2 p ,T
p ,T
二、等压过程 摩尔定压热容
特性 p 常量
过程方程 VT 1 常量
p
p ( p,V1,T1) ( p,V2,T2)
Q E V2 pdV V1
解决过程中能 量转换的问题
（3） E E(T )（理想气体的状态函数）
（4）各等值过程的特性 .
一、等体过程
特性 V 常量
p
p2
( p2,V ,T2 )
过程方程 PT 1 常量
p1
( p1,V ,T1)
dV 0 dW pdV 0
oV
V
由热力学第一定律 dQV dE
§13-1 准静态过程 功 热量
一、准静态过程
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 .
p
活塞
砂子
p1
1 ( p1,V1,T1)
气体
p1 V1 T1
活塞
p2 V1
p2
2( p2 ,V2 ,T2 )
气体
T2
o V1 V2 V
说明
(1) 准静态过程是一个理想过程； 非准静态过程 (2) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示, 如图.
第十三 章
热力学基础
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 13-8 热力学第二定律的统计意义
QV E2 E1
在等体过程中系统吸收的热量全部用来增加气体的 内能，而不对外做功。
摩尔定容热容
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
pp
pp12
1( p( p12,,VV ,T,2T)1)
单位：J mol1 K1 mol 理想气体 dQV CV ,mdT dE
( p,V1,T1)
1
膨
W
压
W
胀 o V1
V2 V
缩
o V2
V1 V
E1 Qp 0 E2
W 0
E1 Qp 0
W 0
E2
T ,V
T ,V
系统在等压膨胀过程中，从外界吸收的热量一部分
用来对外做功，一部分增加系统的内能.
三、理想气体的定容、定压摩尔热容量
由能均分定理知，自由度为i的 m理ol想气体
1
2
功 W p(V2 V1)
W
由热力学第一定律 dQp dE dW o V1
V2 V
摩尔定压热容
1mol 理想气体在等压过程中吸收热量dQV ，使温度 升高dT ，其摩尔定压热容为
C p,m
=
dQp dT
dQp Cp,mdT dE pdV
同样 dE CV ,mdT
pdV RdT
Cp,m = CV ,m + R
EAB C
EABA 0
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 . E E(T,V )
说明
(1) 内能的改变量即可以用外界对系统所传递的热量来实现， 也可以用外界对系统做功来实现，也可二者同时都作用系统；
(2) 作功和传热效果一样，本质不同； (3) 作功、传热、内能之间既有一定关系，也有本质区别. (4) 这可表示出过程量与状态量的关系.
温度改变dT时，其内能相应改变为
dE i RdT
2
又
dE CV ,mdT
E i RT
2
i CV ,m 2 R
i2 Cp,m Cp,m R 2 R
气 体i
单原子分子 3 双原子分子 5
摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系
C p,m = CV ,m + R ——迈耶公式
摩尔热容比 = Cp,m CV ,m
等
p
p
( p,V1,T1)
( p,V2,T2 )
等
压
1
2
压
W p(V2 V1)
Qp
C p,m (T2
T1)
E2 E1 CV ,m (T2 T1)
p
p ( p,V2,T2) 2