热力学基础PPT

O V1
dV
V2 V
09.06.2020
P.3/42
例-1. 摩尔理想气体从状态1
状态2，设经历等温过程。 求气体对外所作的功是多少？ 【解】
3
8.1.3 热量
热力学基础
系统之间由于热相互作用而传递的能量。
(1798年，美国物理学家本杰明.汤姆逊，
即伦福德伯爵在德国进行炮膛钻空实验时
提出此概念；1799年，戴维H. Davy，法
09.06.2020
Fire syringe
P.7/42
8.1.6 热容量
热力学基础
1、热容量(thermal capacity)：
CV
1
dQ dT
V
物体温度升高一度所需要吸收的热量。 （2）定压摩尔热容：
C dQ dT
单位： J K1
2、比热(specific heat)：
单位质量物质的热容量。
RT ln V 2/V 1
体积功的几何意义是什么？
热量的单位：国际单位：焦耳（J）
工程单位：卡 焦耳当量： 1卡 = 4.186 焦耳
09.06.2020
P.4/42
8.1.4 系统内能 ——热力学系统的能量E
热力学基础
对理想气体的内能：
内能包含系统内： (1)分子热运动的能量； (2)分子间势能和分子内的势能;
3. 作功与热传递[heat transfer]的区别：
热传递是通过分子间碰撞完成的，即通过微观粒子相互 作用将分子无规则热运动能量自一物体转移到另一物 体；
09.06.2020
P.6/42
作功是通过物体的宏观位移，将物体有规则的 机械能转化为系统分子无规则热运动能量，从
而改变 E ；
热力学基础
(pB,VB,TB)
O
V 在整个过程中，系统一直处于非平 衡态，直至过程结束才达到平衡态， 这样的过程称为非静态过程
非平衡态则不能用一组确定的状态 参量来表示，所以也无法在状态图 上表示出来．
09.06.2020
P.2/42
8.1.2 准静态过程压力的功 热力学系统作功的装置——活塞
F dV
S p,V
1mol理想气体在压强不变的状态 下，温度升高一度所需要吸收的热量。
Cp
1
dQ dT
p
c 1 dQ m dT
单位： JK1kg1
（3）Cv,和Cp,的关系
实验证明： Cp CV R
3、摩尔热容(Molar specific heat)：
1摩尔物质的热容量。
C
1
dQ dT
i 表示不同的过程
令 Cp CV
EEk(T)
m M
i 2
RT
T
(3)分子内部、原子内部运动的能量；
——是温度的单值函数
(4)电场能、磁场能等。
T 不太高时，系统状态变化主要由:
热运动的能量
E m i RT
M2
（
分子间势能的变化
内能变化E只与初末状态有关，
与所经过的过程无关，可以在初、 所引起，其它形式的运动能量不改变。 末态间任选最简便的过程进行计算。
1. 热力学过程 2. 热力学系统的状态随时间发生变化 3. 的过程。 4. ——实际过程的中间态为非平衡态。
1
2
1
p (pA,VA,TA) 2
2. 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。
——平衡过程——理想过程！
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。
拉第的老师，做真空中的摩擦实验，以证 明热是物体微粒的振动所致。)
热量传递的本质：无规则的分子热运动 之间的能量转化。热量是过程量
系统吸热 ：Q0
V 2
W PdV
V2
RT / V dV
系统放热 ：Q0
（1）传热的条件：系统和外界存在温度差 （2）传热既与系统和外界的状态有关，
V1
V1
还与系统所经历的具体过程有关
一般气体系统内能：
做功
EEk(T)Ep(V)E(T,V)
内能变化方式 热传递
——气体内能是系统状态的单值函数
09.06.2020
改变系统状态
P.5/42
8.1.5 热功等效性(1850年提出)
热力学基础
1. 作功和热量传递具有相同的效果 1 卡 = 4.186 J ( 1878年焦耳贡献 )
2. 热-功转换是不能直接进行的，必须通过内能来转换， 内能是中介；
CV
i 2
R
——迈耶公式
摩尔热容比 （绝热系数）
Cp
i
2 2
R
（1）定体摩尔热容：
单原子 i=3
1mol理想气体在体积不变的状态下，
i为自由度数： 双原子 i=5
温度升高一度所需要吸收的热量。
多原子 i=6
09.06.2020
P.8/42
§8.2 热力学第一定律
热力学基础
§8.2.1 热力学第一定律
dl
dWpS dl pdV
W V2 pdV V1
p-V图 p (pA,VA,TA)
结论：系统所做的功在数热值力上学等基于础p-V 图上过程曲线以下的面积。 热力学系统作功的本质：
无规则的分子热运动与有规则的机 械运动之间的能量转化。
功是过程量 系统对外作功 ：W0
外界对系统作功 ：W0
(pB,VB,TB)
§8.1 准静态过程 功 热量 §8.2 热力学第一定律 §8.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用 §8.4 理想气体的绝热过程 §8.5 循环过程和卡诺循环 §8.6 热力学第二定律 卡诺定理 §8.9 热力学第二定律的统计意义
热源 QV
§8.1 准静态过程 功 热量
热力学基础
8.1.1 准静态过程
另一叙述： 第一类永动机 是不可能制成的。
Q ：表示系统吸收的热量， W： 表示系统所作的功，
第一类永动机：Q = 0，A > 0的机器;
百度文库
E： 表示系统内能的增量。
符号规定
Q
EE2E1 W
+ 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
09.06.2020
P.9/42
热力学基础
例题8-1: 一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末 态与初态相比， （ D ）
A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减小 C．气体内能一定不变 D．气体内能是增是减不能确定
例题8-2：一定质量的理想气体，从某一状态开始，经过一系列变化后又
(First law of thermodynamics)
热力学第一定律适用于任何系统(气液 固)的任何过程(非准静态过程也适用),
本质：包括热现象在内的能量守
QEPdV
恒和转换定律。
Q = 0 系统不吸热
若 E = 0 系统内能不变
E2 E1 W Q(E2E1)W
Q
dQdEdW
A > 0 系统对外界作正功