大学物理 热力学
大学物理热力学PPT课件
02
对应态原理
不同物质在相同的对应状态下具有相同 的热力学性质。对应态参数包括对比压 强、对比体积和对比温度。
03
范德华方程与对应态 原理的应用
预测真实气体的性质，如液化温度、临 界参数等。
真实气体行为描述
压缩因子
描述真实气体与理想气体偏差程度的物理量，定义为Z = pV/nRT。对于理想气体，Z = 1；对于真实气体，Z ≠ 1。
细管电泳等。
固体熔化与升华过程分析
固体熔化
升华过程
熔化与升华的应用
固体在加热过程中，当温度达到 熔点时开始熔化，由固态转变为 液态。熔化过程中吸收热量，温 度保持不变。
某些物质在固态时可以直接升华 为气态，而无需经过液态阶段。 升华过程中也吸收热量，但温度 同样保持不变。
熔化与升华是物质相变的重要过 程，对于理解物质的热力学性质 和相变规律具有重要意义。同时， 在实际应用中也具有广泛用途， 如金属冶炼、材料制备等领域。
阿马伽分体积定律
混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和，即V_total = V_1 + V_2 + ... + V_n。
理想气体混合物的性质
各组分气体遵守理想气体状态方程，且相互之间无化学反应。
范德华方程与对应态原理
01
范德华方程
对真实气体行为的描述，考虑了分子体 积和分子间相互作用力，形式为(p + a/V^2)(V - b) = RT，其中a、b为与物 质特性相关的常数。
维里方程
描述真实气体行为的另一种方程形式，考虑了高阶分子间 相互作用项，形式为pV = nRT(1 + B/V + C/V^2 + ...)， 其中B、C等为维里系数。
大学物理第8章：热力学基础
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
讨论： (1) n=0, 等压过程，Cp=CV+R ,过程方程: T/V=C4; (2) n=1, 等温过程，CT = , 过程方程: pV=C5; (3) n= , 等体过程, CV =iR/2 , 过程方程: p/T=C6; (4) n= , 绝热过程，CQ=0, 过程方程:
pV C1 , TV
RdT
由 pV=RT 于是得
C CV
pdV
pdV+Vdp=RdT
R pdV (1 ) Vdp 0 C CV dp R dV (1 ) 0 p C CV V
令
R 1 n —多方指数 C C V
21
dp dV n 0 p V
完成积分就得多方过程的过程方程：
V1
V2
i ( p2V2 p1V1 ) 2
只与始末状态有关
M i RT 2
( if
c const )
Q cM (T2 T1 )
与过程有关
特点
与过程有关
对微小过程：dQ=dE + dA
M i dQ RdT pdV 2
14
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
大学物理热力学基础
大学物理热力学基础热力学是物理学的一个分支，它研究热现象中的物理规律，包括物质的热性质、热运动和热转化。
在大学物理课程中，热力学基础是物理学、化学、材料科学、工程学等学科的基础课程之一。
热力学基础主要涉及以下几个方面的内容：1、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统中，能量不能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律说明，能量在传递和转化过程中是守恒的，不会发生质的损失。
2、热力学第二定律热力学第二定律是指热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反过来。
这个定律说明，热量传递的方向是单向的，不可逆的。
这个定律对于理解能源转换和利用具有重要意义。
3、热力学第三定律热力学第三定律是指绝对零度下，物质的熵（表示物质混乱度的量）为零。
这个定律说明，在绝对零度下，所有物质的分子和原子都处于静止状态，没有热运动，因此熵为零。
这个定律对于理解物质在低温下的性质和行为具有重要意义。
4、理想气体状态方程理想气体状态方程是指一定质量的气体在恒温条件下，其压力、体积和密度之间的关系。
这个方程对于理解气体在平衡状态下的性质和行为具有重要意义。
5、热容和焓热容和焓是描述物质在加热和冷却过程中性质变化的物理量。
热容表示物质吸收或释放热量的能力，焓表示物质在恒温条件下加热或冷却时所吸收或释放的热量。
这两个物理量对于理解和分析热现象具有重要意义。
大学物理热力学基础是物理学的重要分支之一，它为我们提供了理解和分析热现象的基本理论工具。
通过学习热力学基础，我们可以更好地理解能源转换和利用的原理，为未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。
在无机化学的领域中，化学热力学基础是理解物质性质、反应过程和能量转换的重要工具。
本篇文章将探讨化学热力学的基础概念、热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律。
一、化学热力学的基础概念化学热力学是研究化学反应和相变过程中能量转换的科学。
它主要涉及物质的能量、压力、温度和体积等物理量之间的关系。
大学物理第十三章(热力学基础)部分习题及答案
第十三章热力学基础一、简答题：1、什么是准静态过程?答案：一热力学系统开始时处于某一平衡态，经过一系列状态变化后到达另一平衡态，若中间过程进行是无限缓慢的，每一个中间态都可近似看作是平衡态，那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。
2、什么是可逆过程与不可逆过程答案：可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化；不可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能不重复正过程的每一状态，或者重复正过程时必然引起其它变化。
3、一系统能否吸收热量，仅使其内能变化? 一系统能否吸收热量，而不使其内能变化?答：可以吸热仅使其内能变化，只要不对外做功。
比如加热固体，吸收的热量全部转换为内能升高温度；4、简述热力学第二定律的两种表述。
答案：开尔文表述：不可能制成一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并使其全部变为有用功而不引起其他变化。
克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
5、什么是熵增加原理?答：一切不可逆绝热过程中的熵总是增加的，可逆绝热过程中的熵是不变的。
把这两种情况合并在一起就得到一个利用熵来判别过程是可逆还是不可逆的判据——熵增加原理。
6、什么是卡诺循环? 简述卡诺定理?答案：卡诺循环有4个准静态过程组成，其中两个是等温线，两个是绝热线。
卡诺提出在稳度为T1的热源和稳度为T2的热源之间工作的机器，遵守两条一下结论：（1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的效率。
（2）工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率。
7、可逆过程必须同时满足哪些条件?答：系统的状态变化是无限缓慢进行的准静态过程，而且在过程进行中没有能量耗散效应。
二、选择题1、对于理想气体的内能，下列说法中正确的是( B ):( A ) 理想气体的内能可以直接测量的。
(B) 理想气体处于一定的状态，就有一定的内能。
大学物理热学
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示外界对系统传递的热量，W表示外界对系统做的功。
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。
表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵， T表示热力学温度。
02
辐射传热特点
不需要介质，可在真空中传播；伴 随能量形式的转换；辐射强度与物
体温度的四次方成正比。
04
应用
太阳能利用、红外遥感测温、激光 器等。
复合传热过程分析
复合传热 分析方法 影响因素
应用
实际传热过程中往往同时存在热传导、对流和辐射三种传热方式。 根据具体传热条件，建立物理模型，综合运用热传导、对流和辐 射的传热规律进行分析计算。
02
理想气体性质及应用
理想气体状态方程
01
理想气体状态方程
pV = nRT，其中p为压强，V为 体积，n为物质的量，R为气体常 数，T为热力学温度。
02
理想气体状态方程 的适用条件
适用于稀薄气体，即气体分子间 距离较大，相互作用力可忽略不 计。
03
理想气体状态方程 的应用
可用于计算气体的压强、体积、 温度等物理量，以及进行气体状 态变化的分析。
热力学在其他领域应用
化学工业
制冷与空调
新能源领域
在化学工业中，热力学原理被广泛应用 于化学反应过程的分析和优化。通过热 力学计算和分析，可以确定化学反应的 条件、反应热、反应平衡常数等关键参 数，为化学工业的生产提供理论指导。
大学物理第九章热力学讲解
i C R
V2
单 i 3 双 i 5 多 i 6
i 气体分子的自由度
ν摩尔理想气体在等体过程中, 温度从T1升高到 T2(或降低) ,吸收的热量为
Q V
E - E
2
1
i RT - T
2
2
1
CV T2 - T1
2
1
2
2
1
V
Q E - E + pV V
p
2
1
2
1
C DT + RDT V
定压摩尔热容: 1mol 理想气体在等压过程中吸
收的热量dQp ，温度升高 dT，其定压摩尔热容为
dQ C p
dT p ,m
dQ C dT
p
p ,m
定压摩尔热容另一表述: 1mol 理想气体在等压
p
等 p2 体
升 压
p1
o
2 ( p2,V ,T2 )
1 ( p1,V ,T1)
V
V
T1 T2 Q 0 DE 0
QV
E1
E2
p
等 p1
体
降 压
p2
o
Q E - E i RT - T
V
2
1
2
2
1
1( p1,V ,T1)
2( p2,V ,T2 )
V
V
T1 T2 Q 0 DE 0
2 公式适用条件 气体压强不太大，温度不太低，密度不太高
例1 一容器内贮有氧气 0.10kg，压强为10atm， 温度为 470C。因容器漏气，过一段时间后，压强 减到原来的 5/8，温度降到 270C。问： （1）容器体积为多大？ （2）漏去了多少氧气？
大学物理热力学第二定律知识点总结
大学物理热力学第二定律知识点总结热力学第二定律是大学物理热学部分的重要内容，它揭示了热现象过程中的方向性和不可逆性。
理解和掌握热力学第二定律对于深入研究热学以及相关领域具有重要意义。
以下是对热力学第二定律相关知识点的详细总结。
一、热力学第二定律的表述1、克劳修斯表述热量不能自发地从低温物体传向高温物体。
这意味着热传递的过程具有方向性，如果没有外界的干预，热量只会从高温物体流向低温物体，而不会反向流动。
2、开尔文表述不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。
也就是说，第二类永动机是不可能制成的。
第二类永动机是指一种能够从单一热源吸热，并将其全部转化为功，而不产生其他变化的热机。
二、热力学第二定律的微观解释从微观角度来看，热力学第二定律反映了大量分子热运动的无序性。
在一个孤立系统中，分子的热运动总是从有序趋向无序，这是一个自发的过程。
比如，将不同温度的气体混合在一起，它们会自发地达到温度均匀分布的状态，而不会自动地分离成原来的不同温度区域。
这是因为分子的无规则运动使得它们更容易趋向无序的分布。
三、熵熵是描述系统无序程度的热力学概念。
熵的增加表示系统的无序程度增加。
对于一个绝热过程，系统的熵永不减少。
如果是可逆绝热过程，熵不变；如果是不可逆绝热过程，熵增加。
熵的计算公式为：＄dS ＝＼frac{dQ}｛T}＄，其中＄dQ$ 是微元过程中的吸热量，＄T$ 是热力学温度。
四、卡诺循环与卡诺定理1、卡诺循环卡诺循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，是一种理想的热机循环。
通过卡诺循环，可以计算出热机的效率。
卡诺热机的效率为：＄＼eta ＝ 1 ＼frac{T_2}｛T_1}＄，其中＄T_1$ 是高温热源的温度，＄T_2$ 是低温热源的温度。
2、卡诺定理（1）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切可逆热机，其效率都相等，与工作物质无关。
（2）在相同的高温热源和低温热源之间工作的一切不可逆热机，其效率都小于可逆热机的效率。
大学物理~热力学基础
气体的内能
E i RT
2
(内能是态函数！)
气体的内能的增量
E i RT
2
二. 功
热量
P
S
dl
（1）功
计算系统在准静态膨胀过程中所作的功： dW F dl P S dl PdV
当活塞移动一段有限距离时
压强作功
W V2 P dV V1
V2
W PdV
热机发展简介
1698年萨维利和1705年纽可门先后发 明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了 效率 . 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 .
各种热机的效率
大型柴油机效率
通过外界对系统作功的方法，提高系统的温 度，当系统的温度高于外界时，系统将当初所 吸的热量及由外界作功所转变的内能全部交还 给外界，系统恢复了原状。
外界呢？总能量没减少，但原来付出的机械能 变成了热能，外界没有恢复原状。所以
结论
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
dQ dE CV ( dT )V (dT )V
∵
1mol理想气体dE=
i 2
RdT
∴
Cv
=
i 2
R
（i为分子自由度）
所以，理想气体内能表达式又可写成
E CvT
2.定压摩尔热容量（Cp）：
1mol气体在定压过程中吸收热量dQ与温度的变化dT之比
Cp
dQ ( dT )p
dE+PdV ( dT )p
大学热学物理知识点总结
大学热学物理知识点总结1.热力学基本定律热力学基本定律是热学物理的基础，它包括三个基本定律，分别是热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
（1）热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热学表述，它规定了热力学系统能量的守恒性质。
简单地说，热力学第一定律表明了热力学系统能量的增减只与系统对外界做功和与外界热交换有关。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸热的大小，W表示系统对外界所作的功。
由此可以看出，系统的内能变化量等于吸收热量减去做的功。
（2）热力学第二定律热力学第二定律是热力学系统不可逆性的表述，它规定了热力学系统内部的熵增原理，即系统的熵不会减小，而只会增加或保持不变。
简单地说，热力学第二定律表明了热力学系统内部的任何一种热力学过程都是不可逆的。
这意味着热力学系统永远无法使热量全部转化为功，总会有一部分热量被转化为无效热。
热力学第二定律还表明了热力学过程的方向性，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。
（3）热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋于绝对零度时，任何物质的熵都将趋于一个有限值，这个有限值通常被定义为零。
简单地说，热力学第三定律表明了在绝对零度时，任何系统的熵都将趋于零。
热力学第三定律的提出对于热学物理的研究具有非常重要的意义，它为我们理解热学系统的性质提供了重要的基础。
2.热力学过程热力学过程是指热力学系统内部发生的一系列变化，包括各种状态参数的变化和热力学系统对外界的能量交换。
常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程等。
这些过程在日常生活以及工业生产中都有着广泛的应用。
（1）等温过程等温过程是指在恒定温度下进行的热力学过程。
在等温过程中，系统对外界做的功和吸收的热量之比是一个常数。
这意味着等温过程的压强和体积成反比，在P-V图上表现为一条双曲线。
常见的等温过程有等温膨胀和等温压缩等。
（2）绝热过程绝热过程是指在无热交换的情况下进行的热力学过程。
大学物理++热力学基础
除了化石燃料，热力发电也 可以利用核能、地热能和太 阳能等可再生能源。在这些 发电方式中，热力学原理同 样发挥着重要的作用。
节能技术
01
节能技术是利用各种方法减 少能源消耗的技术。热力学 在节能技术中的应用主要涉 及对能源利用过程的优化和 控制。
02
节能技术包括各种类型的节 能措施，如能效标准的制定 、节能设备的开发和能源管 理系统的建立等。这些措施 都利用了热力学原理，实现 了对能源的有效利用和节约 。
03
在节能技术的应用中，热力 学原理可以帮助我们理解能 源的转换和利用过程，并评 估这些过程的能效和环境影 响。这些知识对于制定有效 的节能措施至关重要。
04
通过热力学原理的应用，我 们可以开发出更高效的节能 设备，如高效空调、节能灯 具等。这些设备在减少能源 消耗的同时，也减少了温室 气体的排放，有助于减缓气 候变化。
热传递是热量从高温物体向低温物体 转移的过程，主要有三种方式：传导 、对流和辐射。
物态变化与相变
物态变化
物质从固态经过液态、气态的相变过程，以及液态与气态之间的转变过程。
相变
物质在发生物态变化时，需要吸收或放出热量，这种由于物态变化而吸收或放 出的热量称为相变热。在一定压力下，一定量的纯物质在相变时所吸收或放出 的热量，称为物质的相变潜热。
THANKS
感谢观看
总是向着能量耗散的方向进行，即热量总是自发地从高温流向低温，而
不是相反。
第二定律的应用
01 02 03
能源利用
热力学第二定律在能源利用领域有着广泛的应用。例如， 在发电厂中，利用高温蒸汽推动涡轮机转动，将热能转换 为机械能，再通过发电机转换为电能。这个过程中，熵增 原理保证了能量的有效转化和利用。
大学物理热力学
02
数学表达式为：不可能通过有限个步骤将一个单一 热源的热量全部转化为机械功而不产生其他影响
04
此外，热力学第二定律还揭示了机械能与内能之间 的转化是不可逆的，即机械能可以完全转化为内能， 而内能不能完全转化为机械能而不产生其他影响
5
卡诺循环与卡 诺定理
卡诺循环与卡诺定理
01
02
卡诺循环是由法国物理学家 卡诺提出的一种理想化循环 过程，包括四个步骤：等温 膨胀、绝热膨胀、等温压缩 和绝热压缩
1
热力学的基本 概念
热力学的基本概念
热力学的基本概念包括系 统、状态、过程和循环等
系统是指研究对象的整体， 可以是气体、液体、固体
等
状态是指系统在某一时刻 的宏观物理量，如温度、
压力、体积等
过程是指系统状态的变化 历程，可以分为等温过程、
等压过程、绝热过程等
循环是指系统经过一系列 状态变化后又回到初始状
此外，热力学还在航天工 程、材料科学等领域得到
应用
11
热力学与其他 学科的联系
热力学与其他学科的联系
热力学与其他学科有着密切的 联系
例如，热力学与统计力学的关 系密切，统计力学从微观角度 研究物质的热力学性质，提供
了对热现象的微观描述
此外，热力学与电动力学也有 一定的联系，如电磁场的能量 和动量等物理量可以与热力学 中的熵和温度等概念相对应
12
未来展望
未来展望
随着科学技术的发展，热力学的研究和应用将 不断深入和扩展
例如，随着能源问题的日益严重，热力学在能 源利用和环境保护方面的应用将更加广泛；随 着纳米技术的发展，热力学在纳米材料和纳米 器件方面的应用将更加深入；随着气候变化和 环境问题的日益严重，热力学在地球科学和环 境科学方面的应用将更加重要
大学物理 第21章 热力学第一定律
.Ⅰ(p V T )
1 1 1
Ⅱ(p2V2T2)
.
V
21.3 热力学第一定律
一. 功
系统对外做功（体积功） dx 气体 F
2
A Fdx PSdx PdV
A dA PdV
V1 V2
讨论：
1）A > 0 系统对外界做正功； A < 0 系统对外界做负功。 2）P-V 图上曲线下面积表示体积功大小。 3） 功是过程量。
CV (
定体摩尔热容量 CV , m
1 Q 摩尔热容量 C m dT
Q>0 Q<0
从外界吸收热量 系统向外界放热
dT dT 1 Q 1 dE ( )V ( ) dT dT
)V (
)V
三、内能
系统内所有粒子各种能量的总和。 热力学领域：系统内所有分子热运动动能和分子间 相互作用势能之和。 通常
绝热线比等温线陡
p1 p2 p2
0
等温线
( 1)
V
p nkT
{
等温： T不变，n
绝热： T ，n
p p
V1
V2
9
11
用比较曲线斜率的方法证明在p---V图上相交于任一点的理想 气体的绝热线比等温线陡。
证明：过p---V图上任一点（p,V）点，等温线的斜率为：
dp d C C pV p ( )T [ ( )]T 2 2 dV dV V V V V
4
E E (T ,V )
——内能是状态量。
理想气体内能：仅为分子热运动的各种动能之和。
——理想气体的内能是温度的单值函数。
M i E RT M mol 2
大学物理第三章热力学第一定律第四章热力学第二定律
A1 A绝热 Q1 0 A2 A绝热 Q2 0
放热 吸热
（B）对
38
补充作业（4692）如图所示，C是固定的绝热壁， D是可动活塞，C、D将容器分成A、B两部分。 开始时A、B两室中各装入同种类的理想气体， 它们的温度T、体积V、压强P均相同，并与大 气压强相平衡。现对A、B两部分气体缓慢地 加热，当对A和B给予相等的热量Q以后，A室 中气体的温度升高度数与B室中气体的温度升 高度数之比为7:5。求:
内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状态不
变，无功、热可言。
8
五、热力学第一定律
1. 数学表式
★ 积分形式 Q E A
★ 微分形式 dQ dE dA
9
2. 热力学第一定律的物理意义
（1）外界对系统所传递的热量 Q , 一部分用于 系统对外作功，一部分使系统内能增加。
（4）内能增量： dE 2i（R适dT用于任C何V d过T程!!）
E E2 E1 CV (T2 T1 )
等容过程
Q等容 E E2 E1 CV (T2 T1 )
A等容 0
CV
iR 2
14
2. 等压过程
（1）特征： P=恒量 ，dP=0， P
参量关系: V T 恒量 （2）热一律表式：
E EA EB
E A
3
2
RTA
3 2
RTA
5 EB 2 RTB
C是导热板，因此A、B两部分气体的温度
始终相同。即：TA TB T
T A 4R
5
5
EB 2 RT 8 A
36
例4（4313）一定量的理想气体，从P-V图 上初态a经历（1）或（2）过程到达末 态b，已知a、b两态处于同一条绝热线 上（图中虚线是绝热线），问两过程中 气体吸热还是放热？ （A）（1）过程吸热 （2）过程放热 （B）（1）过程放热 （2）过程吸热
大学物理下册第十一章 热力学基础
1. 定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整 个过程。
准静态循环过程 ~ p-V图中的闭合曲线
p 正
O 2. 共同特征
E0
顺时针：正循环 逆
逆时针：逆循环 V
热力学第一定律： Q净 W净
3. 正循环及其效率
p
b
T1
a 净正正功 c
负功d功
W
O V1
V2
V
特征：
T2
Q净Q吸Q放
W净W对外 W外对系
第十一章 热力学基础
§11—1 内能 功 热量 一.热力学系统（系统）
需研究的对象——气、液、固，也称为工作物质。 以理想气体为系统，与之相互作用的环境称为外界。
二、内能
１．内能：大量分子的平均动能与分子间相互作用 的势能的总和．
实际气体：E=E (T,V )
对于理想气体，由于分子间无相互作用力，所以，理想气体
a. EM mCVT0
V2
m V 2
dV
b .
W p pdV
V1
M V 1
RT
V
m RT ln V 2 m RT ln p1
M
V1 M
p2
T Q
恒温热源 T
p
p1
(p1,V1,T)
P1V 1
ln
V2 V1
P2V 2
ln
V2 V1
P1V 1 ln
P1 P2
P2V 2 ln
P1 P2
(p2,V2,T)
PdVP1V1P2V2
1
系统要对外做功，必须以牺牲自身的内 能为代价．
p
4．P-V 图: 一条曲线.
绝热线比等温线陡.
绝热线 A
大学物理(热学篇)
v1
v´1
x
A1 y °
z
1秒钟A1受到分子的总冲量
2mv x
vx 2x
mv
2 x
x
第三步 N个分子在1秒内对A1的碰撞
A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F
F 2mv1x
v1 x 2x
2mv2x
v2x 2x
2mv Nx
vNx 2x
m x
(v12x
v22x
vN2 x )
m x
N
即在平衡态，一个自由度，代表一种独立的 运动和一份能量
如某种分子有t个平动自由度，r个转动自由度v振动 自由度，则分子具有：
平均平动动能 平均转动动能 平均振动动能
为什么均分到各自由度所对应的运动能量都 是二分之一KT呢？ 主要是分子不断碰撞以达到平衡态的结果。
注意
１、 一般温度下（T <10 3 K）振
（1)每个分子作用于气壁的冲量I
解（1）每个分子作用于气壁的冲量等于气体 分子动量增量的负值
I 2mv 1.21024kgm/ s
（2)每秒钟碰在器壁单位面积上的分子数n0
解（2）器壁ΔA面积上在Δt时间内碰撞的分子数
N A vt n
z
6
n0
N At
nv 6
n0
1 6
nv
0.31028
/
m3
物体运动形式：平动、转动、振动
自由度数目 i t r v
平转振 动动动
例1 自由运动的质点 (三维空间) 3 个 平动自由度 记作 t = 3
若受到限制，自由度降低 平面上 ： t=2 直线上 ：t=1
例2 自由运动刚体 (如手榴弹)自由度。
大学物理中的热力学实验结果分析
大学物理中的热力学实验结果分析热力学是研究能量转化和宏观物体间相互作用的一门学科。
在大学物理中，热力学实验是非常重要的一部分，通过实验可以验证和探索各种热力学定律和原理。
本文将对大学物理中常见的热力学实验结果进行分析和解读。
一、摩尔热容实验摩尔热容实验是研究气体热容的一种实验方法。
通过测量气体在等压条件下的温度变化，可以得到气体的摩尔热容。
实验中，通常使用恒压容器，并使气体与热源接触，然后测量气体的温度变化。
根据理想气体状态方程，PV=nRT，可以得到气体的摩尔热容公式：Cp = q / (nΔT)。
二、焓变实验焓变实验是热力学中研究化学反应焓变的一种实验方法。
通过测量反应前后系统的温度变化，以及实验过程中吸取或释放的热量，可以计算出反应的焓变。
在实验中，通常采用绝热容器，以确保热量不流入或流出系统。
三、热传导实验热传导实验是研究热传导现象的一种实验方法。
通过测量不同材料的导热性能，可以了解材料的热导率和热传导机制。
实验中，通常使用热敏电阻或热电偶来测量不同位置的温度变化，并根据温度变化与时间的关系，计算出导热系数。
四、卡诺循环实验卡诺循环实验是研究理想热机效率的一种实验方法。
通过在一个热机中进行四个不可逆过程（绝热膨胀、等温膨胀、绝热压缩、等温压缩），可以验证卡诺循环的效率最大。
实验中，通常使用气体或蒸汽作为工作物质，测量其压力、体积和温度的变化，并计算出热机的效率。
五、热辐射实验热辐射实验是研究物体辐射能力和辐射规律的一种实验方法。
通过测量不同温度下物体的辐射能量和波长分布，可以得到物体的辐射谱和辐射功率。
实验中，通常使用辐射计或热电偶来测量辐射能量，并分析其与温度的关系。
总结起来，大学物理中的热力学实验主要包括摩尔热容实验、焓变实验、热传导实验、卡诺循环实验和热辐射实验。
通过这些实验，可以深入了解热力学的基本概念和定律，并将理论知识与实际应用相结合。
热力学实验结果的分析和解读是物理学学习中的重要环节，通过深入分析实验数据，可以得出结论并验证理论模型的准确性，进一步提升学生对热力学的理解和应用能力。
大学物理中的热力学系统温度热容和热能的变化
大学物理中的热力学系统温度热容和热能的变化热力学是物理学的重要分支之一，研究的是系统与外界之间的能量转化和能量守恒的关系。
而在大学物理中，热力学系统的温度、热容和热能的变化是研究的重点。
本文将从系统温度、热容和热能的基本概念出发，深入探讨它们的定义和计算方法。
一、系统温度在热力学中，温度是衡量物体冷热程度的物理量。
对于热力学系统来说，系统温度是描述系统内部粒子平均动能的指标。
温度的单位为开尔文（K），其中绝对零度为0K，代表了粒子的最低能量状态。
系统温度的变化可以通过传热和吸收热量来实现。
当热量传递给系统时，系统温度升高；而当系统释放热量时，系统温度降低。
温度的变化导致了系统内部粒子的动能的变化，进而影响到系统的热容和热能。
二、系统热容热容是描述系统吸热能力的物理量，记作C。
热容的定义是单位温度变化时吸收或释放的热量。
热容与物体的质量、物质的种类以及温度变化有关。
对于固体物体来说，其热容可以通过以下公式计算：C = mc其中，C为热容，m为物体的质量，c为单位质量物体的比热容。
比热容是物质特性的参量，表示单位质量物质的温度升高1K所需的热量。
对于液体或气体来说，其热容的计算需要考虑到系统的体积，因此通常使用的是摩尔热容。
摩尔热容定义为单位摩尔物质的温度变化所吸收或释放的热量。
三、系统热能的变化系统的热能指系统的内能和做功的总和。
内能是系统内所有粒子的能量之和，包括粒子的动能和势能。
做功是指由系统对外做的功，如体积的变化所做的功。
热能的变化可以通过以下公式计算：ΔE = Q - W其中，ΔE为系统热能的变化，Q为系统吸收的热量，W为系统对外做的功。
当Q大于W时，热能增加，系统吸热；当Q小于W时，热能减少，系统放热。
根据热能的守恒定律，一个系统的热能的变化等于系统与外界交换的热量与做的功之和。
这个定律是能量守恒定律在热力学中的具体应用。
结语通过对大学物理中热力学系统温度、热容和热能的变化的讨论，我们可以更好地理解热力学的基本概念和原理。
大学物理(热学知识点总结)
7、bca为理想气体绝热过程，b1a和b2a是任意过程，则上述两 过程中气体作功与吸收热量的情况是: A） b1a过程放热，作负功；b2a过程放热，作负功． B） b1a过程吸热，作负功；b2a过程放热，作负功． C）b1a过程吸热，作正功；b2a过程吸热，作负功． D） b1a过程放热，作正功；b2a过程吸热，作正功．
[1]、有一定量的理想气体，从初状态 a （P1 、V1 ）开始， 经过一个等容过程达到压强为P1 / 4 的 b 态，再经过一个等 压过程达到状态C ，最后经过等温过程而完成一个循环， 求：该循环过程中系统对外作的功A 和所吸收的热量Q。 解：由已知可得： a( P 1 ,V1 )
循环过程
E 0 Q A V V1 1) a b A 0 2) b c A p1 (4V1 V1 ) / 4 3 p1V1 / 4 3) c a A p1V1 ln( V1 / 4V1 ) p1V1 ln4
p (105 Pa) 3 2 1 O A 1 2 C V (103 m3) B
解：(1) A→B：
A1
ΔE1= CV (TB-TA)=3(pBVB-pAVA) /2=750 J Q=A1+ΔE1＝950 J． B→C： A2 =0 ΔE2 = CV (TC-TB)=3( PCVC-PBVB ) /2 =-600 J． Q2 =A2 +ΔE2 ＝-600 J． C→A： A3 = PA (VA－VC)=－100 J．
解（ ： 1） 等 容 过 程 ， A 0, 外 界 对 气 体 作 功 A 0 M i Q E CV T RT M mol 2 0.02 3 8.31 ( 300 290 ) 623 ( J ). 0.004 2 (2)等压过程， E 与 （ 1） 同 。
大学物理基础知识热力学循环与热机效率
大学物理基础知识热力学循环与热机效率热力学循环是热力学研究中的重要内容之一，也是热机的基础。
在大学物理中，学习热力学循环与热机效率是了解能量转化和利用的关键。
本文将通过介绍热力学循环和热机效率的概念，结合几个重要的热力学循环实例，详细阐述它们在大学物理基础知识中的应用。
1. 热力学循环的概念热力学循环是指在某一特定热力学系统中，能量从一个状态转移到另一个状态，然后又回到初始状态的一个循环过程。
在循环中，系统会与外界进行能量交换，从而实现能量的转化和利用。
热力学循环常用在热机、制冷设备和动力装置等领域。
2. 热机效率的概念热机效率是衡量热机能量转化效果好坏的重要指标。
热机效率定义为输出功对输入热量之比，也可以理解为能量转化的效率。
通常用符号η表示，它的计算公式为η = W/Qh，其中W表示输出功，Qh表示吸收的热量。
3. 热力学循环实例：卡诺循环卡诺循环是热力学循环中最基本的一个理想循环。
在卡诺循环中，热机与两个恒温热源接触，并通过绝热过程与外界进行能量交换。
卡诺循环具有以下几个特点：(1) 循环由两个等温过程和两个绝热过程组成。
(2) 循环过程中没有内部损失，即所有过程均为可逆过程。
(3) 卡诺循环以最高温度的热源吸热，以最低温度的热源放热，从而实现能量转化。
4. 热机效率与卡诺循环卡诺循环是理想的热力学循环，因此在所有可能的热力学循环中，卡诺循环的效率是最高的。
根据热力学的第一定律，热机输出的功等于它吸收的热量减去它放出的热量。
在卡诺循环中，由于所有过程均为可逆过程，所以热机输出的功等于吸收的热量减去放出的热量，即W = Qh - Qc。
根据热力学的第二定律，对于任意热力学循环，其效率都不会大于卡诺循环的效率。
因此，热机效率η满足不等式η ≤ η卡诺，其中η卡诺表示卡诺循环的效率。
5. 热力学循环实例：斯特林循环斯特林循环是一种常见的热力学循环，广泛应用于一些低温工程中，如制冷设备。
斯特林循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，其基本原理是通过不同温度下的气体膨胀和压缩来实现能量转化。
大学物理热力学基础教案
课程名称：大学物理授课对象：本科生课时安排：2课时教学目标：1. 理解热力学第一定律和第二定律的基本概念。
2. 掌握热力学基本方程及其应用。
3. 理解熵的概念及其在热力学过程中的作用。
4. 培养学生分析解决实际问题的能力。
教学内容：一、热力学第一定律1. 热力学第一定律的表述及物理意义。
2. 内能、热量和功之间的关系。
3. 热力学第一定律的数学表达式。
二、热力学第二定律1. 热力学第二定律的表述及物理意义。
2. 熵的概念及其在热力学过程中的作用。
3. 熵增原理。
三、热力学基本方程1. 热力学基本方程的推导。
2. 热力学基本方程的应用。
教学过程：第一课时一、导入1. 回顾热力学第一定律和第二定律的基本概念。
2. 提出本节课的学习目标。
二、讲授新课1. 热力学第一定律（1）热力学第一定律的表述及物理意义。
（2）内能、热量和功之间的关系。
（3）热力学第一定律的数学表达式。
2. 热力学第二定律（1）热力学第二定律的表述及物理意义。
（2）熵的概念及其在热力学过程中的作用。
（3）熵增原理。
三、课堂练习1. 计算一个理想气体在等温过程中，体积增加一倍时的温度变化。
2. 计算一个理想气体在等压过程中，体积增加一倍时的温度变化。
3. 计算一个理想气体在绝热过程中，体积增加一倍时的温度变化。
四、总结1. 回顾本节课所学内容。
2. 强调热力学第一定律和第二定律的重要性。
第二课时一、导入1. 回顾上一节课所学内容。
2. 提出本节课的学习目标。
二、讲授新课1. 热力学基本方程（1）热力学基本方程的推导。
（2）热力学基本方程的应用。
三、课堂练习1. 利用热力学基本方程，计算一个理想气体在等温过程中，体积增加一倍时的温度变化。
2. 利用热力学基本方程，计算一个理想气体在等压过程中，体积增加一倍时的温度变化。
3. 利用热力学基本方程，计算一个理想气体在绝热过程中，体积增加一倍时的温度变化。
四、总结1. 回顾本节课所学内容。
2. 强调热力学基本方程在实际问题中的应用。
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6、孤立系统中 m1 0.5kg, T1 276K 的水，和 m2 0.01kg, T2 273K 的 冰混合后冰全部融化 求（1）达到平衡时的温度 3 1 （2）系统的熵变（ L 334 10 J kg ）
7、一绝热刚性容器中用一可以无摩擦移动的 导热活塞将容器分为A、B两部分，A、B两 部分分别充有1mol的He和1mol的O2 。开始He 的温度TA=300K、O2的温度TB=600K，两边 压强相同 P0=1.013×105pa（ CVHe=3/2· 、 R CVO =5/2· R）
S
l2
Q
l1
4、1mol氦气作如图循环，其 中bc为绝热线，ab为等体线， ca为等压线，求循环效率
P 1.01 10 5 Pa
2 1
b
a
o 24.6
c V 10 3 m 3 37.2
5、（1）夏季的致冷空调（冷 泵），须将 4 1 室内热量排到室外设为 2 10 J S ，若室内温 度为 27 o C 室外温度为 37 o C，求该致冷机所 需最小功率 （2）冬天将致冷机换向，使他从室外取 热传入室内（热泵）若室外温度为 3o C o ，室内保持 C ，仍然用上面的空调所 27 耗功率，则每秒传入室内的热量是多少？
第六章 习题课
一、基本要求
1、掌握功、热量和内能的概念，理解 平衡过程。 2、熟练分析、计算理想气体等值过程 中功、热量和内能。 3、理解循环过程和卡诺循环。 4、理解热力学第二定律的两种叙述， 理解可逆过程和不可逆过程。 5、了解熵的概念及简单的计算。
二、基本内容 1、功、热量、内能 W PdV 过程量
2
求：（1）整个系统平衡时的T和P（活塞 的热容可忽略）
（2） He 和O2的熵变。
6、一摩尔刚性单原子分子理想气体，经历 如图所示的a→b→c→a循环，求循环效率η (CV=3/2· R)
P
3p1
pe
a
e
p1
c
v1
b
Ve 3v1
o
V
解：
3 3 dE CdT RdT ( PdV VdP ) 2 2 P a P1 3p ∵直线过程方程为 P 4P1 V V1 p P p c dE 3(2P 1 V )dV 1 o V1 v
m Q Cm T2 T1 过程量 M
m E T CVm T2 T1 状态量 M
2、热力学第一定律及其应用
等值过程中 Q, E 和 W 的计算（附表）
附表：
Q
等体 m C T 过程 M V ,m 等压 m C T 过程 M P ,m 等温 m RT ln V2 过程 M V1 绝热 0 过程
E
m CV ,m T M m CV ,m Байду номын сангаас M
W
0 PV
m V2 RT ln M V1
0
m CV ,m T M
m CV ,m T M
3、热循环
Q2 W （1）正循环 Q 1 Q 1 1
T2 卡诺循环 1 T1
Q2 Q2 （2）逆循环 e W Q1 Q2
1
e
e
b
Ve 3v1
1
V
1
4P 微小过程吸热: dQ dW dE (10P1 1 V )dV V1
令dQ = 0，则得吸、放热转换点在P -V图 上的坐标为: 5 3
Ve V 1 2 Pe 2 P 1
a→e过程吸热 :
Qae dQ
V1 Ve Ve V1
P
4 P1 9 (10P1 V )dV P1V1 p V1 2 p
三、讨论 1、系统吸热是否一定温度升高？ 2、对P-V图的研究 P 1 2 （1）图示1 0 3为绝热线， o 试讨论1 2 3 和1 2 3过 2 3 V 程中 Q, E和W的正负 o d P （2）图示气体经历的各过程，
其中a d为绝热线，图中两 虚线为等温线，试分析各过 程的热容量的正负
T2
T1
o
b a
c
V
四、计算 1、0.1mol氧气经历图示 过程，其中3-4为绝热过 程且 T1 T4 ，计算各过 程的 E,W 和 Q P(105 pa)
2.02
3
1.01 1 4 o 1.0 2.0 V (103 m3 )
2
2、在一大玻璃瓶内装着干燥的空气，初时气 体温度与室温T0相同，压强p1比大气压强 p0 稍 高，打开瓶上阀门让气体与大气相通发生膨胀， 当其压强将到P0时迅即关闭阀门，此时气体温 度稍有下降，待气体温度重新回到室温T0时测 得气体压强为p2 。求气体的热容比γ 。
T2 卡诺逆循环 e T1 T2
4、热力学第二定律的两种表述
开尔文 “其唯一效果是热全部 转变为功的过程是不可能的” 克劳修斯 “热量不能自动的从 低温物体传向高温物体”
5、可逆过程和不可逆过程
★6、熵的计算与熵增加原理
dQ S 2 S1 T 可逆
在孤立系统中 S 0
3p1
e
a
e
c→a过程吸热 :
1
c
v1
b
Ve 3v1
o
V
3 3 Q ca C V ΔT RΔT V1ΔP 3P1V1 2 2
循环过程总吸热
15 Q1 Qae Qca PV1 1 2
1 循环过程对外作净功W (3V1 V1 ) (3P1 P1 ) 2 P1V1 2 1 循环效率 W 2 PV1 4 27% Q1 15 2 PV 15 1
P1
P2
T0
P0
T
3、一侧面绝热的气缸内盛有1mol的单原子分 子理想气体，气体温度T1 =273K,活塞外气压 P0=1.105×105pa，活塞面积S =0.02m2，活塞质 量m =102kg（活塞绝热，不漏气且与气缸壁的 摩擦可忽略）。由于气缸内小突起物的阻碍， 活塞起初停在距气缸底部为l1 =1m处，今从底 部极缓慢地加热气体，活塞上升了l2 =0.5m的 一段距离，如图示，试通过计算指出： （1）气缸中的气体经历的是什么过程？ P0 （2）气缸中的气体在整个过程中吸 了多少热量？