北京化工大学 普通物理学7-1.ppt

热热 学学热力学基础第1章Fundamental of Thermodynamics热力学分子物理学以实验观测为基础 ，从能量的观点出 发，研究物质的热 现象从物质是由大量微观粒子 组成及粒子做热运动的观 点出发，用统计规律研究 大量微观粒子热运动规律宏观理论微观理论教学基本要求 第七章 热力学基础一 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§7.1 热力学的研究对象和研究方法一.热学的研究对象研究对象 的复杂性大量微粒1023，速度102-103；线度10-10；质量10-31kg；每秒碰撞次数－109；二. 热学的研究方法（气体）2、能量观点出发，以实验方法研究热现象的宏观规 律（热力学）1、应用统计方法（大量无规律运动微粒的集体行为） 研究其微观本质（气体动理论）物质的热运动 （固体、液体、气体）大量微粒（原子分子）不停的无规则运动§7.2 平衡态 理想气体状态方程一. 系统和外界热力学系统热力学所研究的具体对象，简称系统。

外 界系统以外的物体系统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 量交换二.气体的状态参量温度(T)体积(V)压强(p)气体分子可能到达的整个空间的体积大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而 产生的宏观效果大量分子热运动的剧烈程度温标：温度的数值表示方法国际上规定水的三相点温度为273.16 KT = t + 273.15定义: 在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态三. 平衡态说明(1) 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的 方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如： a)两头处于冰水、沸水中的金属棒b)处于重力场中气体系统的粒子数密度随高 度变化，但它是平衡态低温T2高温T1(2) 热力学平衡态是动的平衡，通常把 这种平衡叫热动平衡3) 气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示(4) 平衡态是一种理想状态是一种稳定态，而不是平衡态；热力学系统状态随时间变化的过程热力学过程：四. 准静态过程 quasi-static process热力学系统：工作物质 （气、液、固） 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。

气体活塞砂子12五、理想气体的状态方程气体的状态方程(3) 混合理想气体的状态方程为其中理想气体的状态方程（平衡态）(1) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵 守克拉珀龙方程的气体；(2) 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作理想气体处理且温度越高、压强越低， 精确度越高.说明（克拉珀龙方程）一柴油的汽缸容积为 0.827×10-3 m3 压缩前汽缸的 空气温 度为320 K， 压强为8.4×104 Pa ，当活塞急速 推进时可将空 气压缩到原体积的 1/17 ， 使压强增大 到 4.2×106 Pa 解T2 > 柴油的燃点若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆 炸，推动活塞作功，这就是柴油机点火的原理例求这时空气的温度功的单位：JpS膨胀 →dV ＞ 0，dA ＞ 0压缩 →dV ＜ 0，dA ＜ 0系统体积由V1增大到V2，系统对外作功为:→ 系统对外作功(正功)→外界对系统作功(负功)一、 功（体积变化所做的功 ） 1. 功的表示式§7.3 功 热量 内能 热力学第一定律热力学系统与外界传递能量的两种方式:作功传热2. 功的图示法：(1) 曲线AB下的面积即表示系 统在AB过程中作的功。

2) 功是与过程有关的物理量曲线AB下的面积例：二、热量 Heat 是传热过程中所传递能量的多少的量度；系统吸热 ： 系统放热 ： 三、内能 Internal energy2AB1**2AB1**实验证明系统从 A 状态变化到 B 状态，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 .系统内能的增量只与系统起始和终了状态有 关，与系统所经历的过程无关 .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 .一般气体：1 外界仅对系统作功，无传热，则绝热壁四、功与内能的关系 2绝热过程说明(1) 内能的改变量可以用绝热过程中外界对系统所作的功来量度；(2) 此式给出过程量与状态量的关系五、 热量与内能的关系 外界与系统之间不作功，仅传递热量 系统说明(1) 在外界不对系统作功时，内能的改变量也 可以用外界对系统所传递的热量来度量；(2) 作功和传热效果一样，本质不同The first law of thermodynamics：系统在任一过程中 吸收的热量等于系统内能增量和系统对外作功之和系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定六、 热力学第一定律 外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有讨论微小过程1、热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒与转换定律 。

它指出 第一类永动机是不可能制成的物理意义第一类永动机：不需消耗内能，也不需对系统传 热，却能不断对外作功的机器2、此定律只要求系统的初、末状态是平衡态，至 于过程中经历的各状态则不一定是平衡态结论：“要科学，不要永动机！”—焦耳例题 一系统由图所示状态a沿acb到达状态b，系统 对外作功为126J，吸热为336J1) 若在adb过程中系统作功为42J，问此过程中系 统是吸热还是放热？热量是多少？(2) 若系统从b态出发，沿ba曲线返回a态时，外界 对系统作功为84J问此过程中系统是吸热还是放热？ 热量是多少？§7.4 准静态过程中功和热量的计算一.准静态过程中功的计算SV1V2热力学第一定律可表示为 OVp(功是一个过程量) 12二. 准静态过程中热量的计算1. 热容 热容比热容 摩尔热容注意: 热容是过程量，式中的下标 x 表示具体的过程2. 定体摩尔热容CV 和定压摩尔热容Cp （1 摩尔物质）(1) 定体摩尔热容CV(2) 定压摩尔热容Cp 3. 热量计算若Cx与温度无关时，则 Q1. 等体过程 等体摩尔热容 ⑴ 特征：V= 常量 ， dV= 0⑷ 热力学第一定律:⑵ 过程方程：Ｐ／Ｔ=常量 ⑶ p—V图：热容C：物质温度升高一度所需要吸收的热量。

⑸ 热容 比热容 摩尔热容比热容c：单位质量物质热容量摩尔热容：1mol物质的热容量PVVo0§7.6 理想气体的等体过程和等压过程等温过程⑺ Q、E的计算：等体过程系统的吸热、内能增量和作功：单原子双原子1mol理想气体在体积不变的状态下，温度升高1 度所需要吸收的热量⑹ 定体摩尔热容：2.等压过程 等压摩尔热容P PQ⑴ 特征：ｐ= 常量 ，dｐ= 0⑷ 热力学第一定律:⑵ 过程方程：V／Ｔ=常量 ⑶ p—V图:⑸ 定压摩尔热容： 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PVV1V2Po0迈耶公式：比热容比：单原子气体：双原子气体： 在常温常压下气体的摩尔热容的实验值单原子双原子多原子气 体 氦 氩 氢 氮 氧 水蒸汽 二氧化碳等压过程系统的吸热、内能增量和作功：⑹ Q、A、E的计算：3.等温过程⑴ 特征：Ｔ=常量 ，dＴ=0⑷ 热力学第一定律:⑵ 过程方程：ｐV=常量 ⑶ p—V图:⑸ Q、A的计算：V1V2PV0恒温热源T例题 设质量一定的单原子理想气体开始时压强为3atm ，体积为1L，先作等压膨胀至体积为2L，其次作等温膨 胀至体积为3L，最后被等体冷却到压强为1atm。

求气体 在全过程中内能的变化、所作的功和吸收的热量解：本次作业：完成作业107-7～～7-11下次上课内容：。