大学物理热学总结

大学物理热学总结

(

注：难免有疏漏和不足之处，仅供参考。 教材版本：高等教育出版社《大学物理学》) 热力学基础

1、体积、压强和温度是描述气体宏观性质的三个状态参量。

①温度：表征系统热平衡时宏观状态的物理量。摄氏温标，t 表示，单位摄氏度（℃）。热力学温标，即开尔文温标，T 表示，单位开尔文，简称开（K ）。 热力学温标的刻度单位与摄氏温标相同，他们之间的换算关系：

T /K=273.15℃+ t

温度没有上限，却有下限，即热力学温标的绝对零度。温度可以无限接近0K ，但永远不能达到0K 。

②压强：气体作用在容器壁单位面积上指向器壁的垂直作用力。单位帕斯卡，简称帕（Pa ）。其他：标准大气压（atm ）、毫米汞高（mmHg ）。

1 atm =1.01325×105 Pa = 760 mmHg

③体积：气体分子运动时所能到达的空间。单位立方米（m 3）、升（L ）

2、热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统也必处于热平衡。

该定律表明：处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征可以用一个状态参量来表示，这个状态参量既是温度。

3、平衡态：对于一个孤立系统（与外界不发生任何物质和能量的交换）而言，如果宏观性质在经过充分长的时间后保持不变，也就是系统的状态参量不再岁时间改变，则此时系统所处的状态称平衡态。

通常用p —V 图上的一个点表示一个平衡态。（理想概念）

4、热力学过程：系统状态发生变化的整个历程，简称过程。可分为：

①准静态过程：过程中的每个中间态都无限接近于平衡态，是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，可用p —V 图上一条曲线表示。

②非准静态过程：中间状态为非平衡态的过程。

5、理想气体状态方程: 一定质量的气体处于平衡态时，三个状态参量P.V .T 存在一定的关系，即气体的状态方程()0,,=T V P f 。

理想气体p 、V 、T 关系状态方称2

22111T V P T V P =，设质量m ，摩尔质量M 的理想气体达标准状态，有 00000T V P M m T V P T PV m ==

令00/T V P R m =,则有理想气体状体方程 RT M m PV =

式中1131.8--⋅⋅=K mol J R ，为摩尔气体常量。

设一定理想气体的分子质量为m 0，分子数为N ，并以N A 表示阿伏伽德罗常数，可得

T N R V N V RT m N Nm V RT M m p A

A ===00 令k=R / N A =1.38×10-23J ·K -1，令n=N/V 为单位体积分子数，即分子数密度，则有nkT p =

6、热力学第一定律：

A E Q +∆= Q 表示相同与外界交换的热量，W 表示系统对外界所做的功，△E 表示内能的增量。相应的符号规定：

系统吸热时Q>0,放热时Q<0.；系统对外做功时，W>0, 外界对系统做功时，W<0; 系统内能增加时△E>0,内能减少时，△E<0。既有上式表明，系统从外界吸收的热量，一部分用于增加自身的内能，另一部分用于对外做功，在状态变化过程中能量守恒。对于微小过程而言，表达式可改写成：dW dE dQ +=（系统经历的过程必须为准静态过程）。

热力学第一定律还可以表述为：不可能制造出第一类永动机。

7、准静态过程中的热量、功、内能：

①准静态过程中的功：系统对外所做的功在数值上p-V 曲线下的面积。 W=⎰2

1V V pdV （适用于任何准静态过程），当V 2＞V 1时，气体膨胀，系统对外做功，W ＞0;当V 2＜V 1时，气体被压缩，外界对气体做功，W ＜0; ②准静态过程中的热量：dT

dQ

C =为系统在该过程中的热容，单位为J ·K -1.

比热容：单位质量的热容，记作c ，单位J ·K -1·kg -1。

设系统的质量为m ，则有mc C =.

一个质量为m,摩尔质量M 的系统，在某一微过程中吸收的热量为

dT C M

m cMdT M m dQ m ==

当温度从T 1升值T 2时，其吸收的热量为dT C M

m C m T T ⎰=21，式中M m /为物质的量，cM C m =称为摩尔热容，单位J ·mol -1·K -1 ，其定义式： ⎪⎭

⎫ ⎝⎛=dT dQ m M C m ，对微小过程dT C M m dQ m =。 定体摩尔热容：R i C m v 2,= 定压摩尔热容：R i C m p ⎪⎭

⎫ ⎝⎛+=12, ③准静态过程中的内能变化：dT C M

m dE m V ,= ()12,,122

1T T C M

m dT C M m E E m V m V T T -==-⎰，代表了任何热力学过程内能增量与始末两状态的关系，又可表示为

RdT i M m dE 2= 或 ()12122

T T R i M m E E -=- 可见，理想气体的内能只是温度的单值函数。

8、热力学第一定律的应用

①等体过程：恒量==V

R M m T p ，由于dV=0，因此0==pdV dW ，即系统对外不做功。故：()V p p i T T R i M m E Q V 12122

)(2-=-=∆=。 ②等压过程：==p

R M m T V 恒量，对外做功 ()1212)(2

1T T R M

m V V p pdV W V V -=-==⎰，内能增量)(212T T R i M m E -=∆ 吸收热量：

)()12

()(2)()(12121212T T p i M m T T R i M m T T R M m W E E Q p -+=-+-=+-=