程守洙《普通物理学》(第6版)(上册)(复习笔记 热力学基础)

6.1　复习笔记

一、热力学第零定律和第一定律

1．热力学第零定律

如果两个物体都与处于确定状态的第三物体处于热平衡，则该两个物体彼此处于热平衡，这个结论称为热力学第零定律．

温度是决定一个物体是否能与其他物体处于热平衡的宏观性质．

2．热力学过程

（1）热力学系统

热力学系统是指在热力学中所研究的物体或物体组，简称系统．

（2）热力学过程

热力学过程是指系统从一个平衡态过渡到另一个平衡态所经过的变化历程．

（3）分类

①准静态过程是无限缓慢的状态变化过程；

②非静态过程是指中间状态为非平衡态的过程．

热力学的研究是以准静态过程的研究为基础．

3．功热量内能

（1）系统与外界进行能量交换的方式

①作功：通过宏观的规则运动来完成；

②热量传递：通过分子的无规则运动来完成．

系统状态发生变化时，只要初、末状态给定，不论经历的过程有何不同，外界对系统所作的功和向系统所传递的热量的总和，总是恒定不变的．

（2）宏观功与微观功

把机械功、电磁功等统称为宏观功．把热量的传递称为微观功．

（3）内能

从气体动理论的角度看，如不考虑分子内部结构，系统中所有分子热运动的能量和分子与分子间相互作用的势能的总和称为系统的内能．

内能的改变量只决定于初、末两个状态，而与所经历的过程无关，内能是系统状态的单值函数．

4．热力学第一定律

（1）热力学第一定律

如果有一系统，外界对它传递的热量为Q

，系统从内能为E1

的初始平衡状态改变到内

能为E2的终末平衡状态，同时系统对外所作的功为A，则不论过程如何，总有上式为热力学第一定律．微小的状态变化时

（2）意义

外界对系统传递的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分用于系统对外作功．

二、热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用

1．等体过程气体的摩尔定体热容

（1）等体过程

①定义

等体过程是指系统保持体积不变，连续地与一系列有微小温度差的恒定热源接触，使

②特征

a．气体的体积保持不变，即V为恒量；

b．在等体过程中，外界传给气体的热量全部用来增加气体的内能，而系统没有对外作功．

（2）气体的摩尔定体热容

①定义

气体的摩尔定体热容是指1mol气体在体积不变而且没有化学反应与相变的条件下，温度改变1K（或1℃）所吸收或放出的热量，用C V,m表示，即

②系统吸收热量

③内能增量

注意：理想气体的摩尔定体热容是一个只与分子的自由度有关的量．

3=i5=i

特别地，对单原子气体，；对双原子气体，．对多原子气体，不考虑．2．等压过程气体的摩尔定压热容

（1）等压过程

①定义

等压过程是指系统保持压强不变，连续地与一系列有微小温度差的恒温热源相接触，

②特征

系统的压强保持不变，即p 为常量，dp ＝0．

③当气体从状态I （p ，V 1，T 1）等压地变为状态Ⅱ（p ，V 2，T 2）时，

a ．系统吸收的热量为

b ．气体对外作功为

212121()()V V m A pdV p V V R T T M

==-=-⎰c ．整个过程传递的热量为

21,21E ()p p m m Q E C T T M

=-+

-d ．由热力学第一定律知，系统内能改变：21,21()()p p m m E E Q A C R T T M

-=-=

--（2）气体的摩尔定压热容

①定义气体的摩尔定压热容是指1mol 气体在压强不变以及没有化学变化与相变的条件下，温度改变1K 所需要的热量，用C p,m 表示，即

②迈耶公式

1mol 理想气体温度升高1

K 时，在等压过程中比在等体过程中要多吸收8.31J

的热量． ③[摩尔]热容比γ（绝热指数）

其中

注：理想气体的摩尔定压热容是一个只与分子的自由度有关的量．

特别地，对单原子气体，

；对双原子气体，γ＝1.40；对多原子气体，

γ＝1.33．

④物体的热容是其热惯性的量度．

3．等温过程

（1）定义气体与恒温热源接触，当气体温度比热源温度略低时，则有微量的热量传给气体，使气体温度维持原值不变，这一准静态过程称为等温过程．

（2）特征

①系统的温度保持不变，即dT ＝0；

②理想气体的内能保持不变，即dE ＝0．

（3）在等温过程中，p

1

V 1＝p 2V 2，系统对外作的功为

根据热力学第一定律，吸热量与作功量相等：

（4）等温线

由于温度T 不变，所以pV ＝常量，等温线在图像上表现为双曲线．

4．绝热过程

（1）定义

在不与外界作热量交换的条件下，系统的状态变化过程称为绝热过程，它的特征是dQ ＝0．

（2）质量为

m 的理想气体由温度为

T 1的初状态绝热地变到温度为T 2的末状态①气体所作的功

②绝热过程方程

（3）绝热线

绝热线是指当气体作绝热变化时，在p-V 图上画出的

p 与V 的关系曲线．

5．多方过程

（1）多方指数介于等温过程和绝热过程之间的过程方程为

式中，n 是一个常量，称为多方指数．

（2）多方过程

满足的过程称为多方过程．