大学物理热力学基础[1]

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1、0退退 出出7.1 7.1 热力学第一定律热力学第一定律7.6 7.6 热力学第二定律热力学第二定律7.5 7.5 循环过程循环过程7.4 7.4 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程7.2 7.2 热容量热容量7.3 7.3 热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用11 系统系统的内能是状态量。的内能是状态量。如同如同 P、V、T 等量。等量。内能的变化：内能的变化：1212EEE 只与初、末态有关，与过程无关。只与初、末态有关，与过程无关。理想气体理想气体 ：RTiE2 上页上页下页下页退出退出返回返回23 系统和外界温度不同，就会传热，或称能量交换，系统和外界温度不同，就会传热，或称能量

2、交换， 热量传递可以改变系统的状态（内能）热量传递可以改变系统的状态（内能） 。微小热量微小热量 ：dQ 0 表示系统从外界吸热；表示系统从外界吸热； 0 系统吸供热系统吸供热 W 0 系统对外界作正功系统对外界作正功 E 0 0 系统内能增加系统内能增加另一种叙述：另一种叙述：第一类永动机第一类永动机( 1) 是不可能制成的。是不可能制成的。上页上页下页下页退出退出返回返回4系统状态的变化就是过程。系统状态的变化就是过程。不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。不受外界影响时，系统的宏观性质不随时间改变。举例举例1：外界对系统做功：外界对系统做功u过程无限缓慢过程无限缓慢 外界压强总比系

3、统压强外界压强总比系统压强大一小量大一小量 P ， 就可以就可以 缓慢压缩。缓慢压缩。过程中的每一状态都是平衡态过程中的每一状态都是平衡态 (Equilibrium state )上页上页下页下页退出退出返回返回5系统系统T1T1+TT1+2TT1+3TT2从从 T1 T2 是准静态过程是准静态过程 系统系统 温度温度 T1 直接与直接与 热源热源 T2接触，最终达到热接触，最终达到热平衡，不是平衡，不是 准静态过程。准静态过程。上页上页下页下页退出退出返回返回6u因为状态图中任何一点都因为状态图中任何一点都 表示系统的一个平衡态，表示系统的一个平衡态， 故准静态过程可以用系统故准静态过程可以

4、用系统 的状态图，的状态图， 如如P-V图（或图（或 P-T图，图，V-T图）中一条曲图）中一条曲 线表示，反之亦如此线表示，反之亦如此。 VPo等温过程等温过程等容过程等容过程等压过程等压过程循环过程循环过程 1. 热力学第一定律适用于任何系统热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）固、液、气）； 2. 热力学第一定律适用于任何过程热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦非准静态过程亦成立成立)。 上页上页下页下页退出退出返回返回7V2V1W = PdV2W 1 F dx = 1 PS dx2PoV1V2VW12四、四、 W、Q、 E的计算的计算 1.W的计算的计算(准静态过程，体积功

5、准静态过程，体积功) (1)直接计算法直接计算法(由定义由定义) 系统对外作功系统对外作功，F 功是过程量功是过程量PV 图上过程曲线下的面积即图上过程曲线下的面积即 W的大小。的大小。上页上页下页下页退出退出返回返回8 ：摩尔数，：摩尔数，C：摩尔热容量：摩尔热容量 Q C (T2 -T1) (2)(2)间接计算法间接计算法 ( (由相关定律、定理由相关定律、定理) ) 由由 Q Q E EW W2. Q的计算的计算 (1)直接计算法直接计算法 (2)间接计算法间接计算法 由由 Q = E + W 上页上页下页下页退出退出返回返回9 i：自由度：自由度 (上式仅对刚性理想气体分子）上式仅对刚

6、性理想气体分子） E = ( ) R (T2 -T1) i2 (1)直接计算法直接计算法3. E的计算的计算 (2)间接计算法间接计算法 由由 Q = E + W 上页上页下页下页退出退出返回返回10一一.理想气体等容摩尔热容量理想气体等容摩尔热容量 一摩尔物质温度升高一度所吸收的热量，即一摩尔物质温度升高一度所吸收的热量，即 对于等容过程，对于等容过程， dW=0， 有有 dTdQC 1RdTidEdQ 2 RiCV2 气体的摩尔热容量气体的摩尔热容量 (molar heat capacity)上页上页下页下页退出退出返回返回11CP = CV + R 或或 再由理想气体状态方程有再由理想气

7、体状态方程有二二.理想气体等压摩尔热容量理想气体等压摩尔热容量 对于等压过程，对于等压过程，PdVRdTidWdEdQ 2 RdTRdTidQ 2于是于是RRi 2 dTdQCP 1PdV+VdP = RdT 上页上页下页下页退出退出返回返回12 思考：为何思考：为何 CP CV ？ 对单原子分子，对单原子分子， i = 3， = 1.67 对双原子分子，对双原子分子， i = 5， = 1.40 对多原子分子，对多原子分子， i = 6， = 1.33 (以上均为刚性理想气体分子以上均为刚性理想气体分子) =CPCVi +2 i=1三三.泊松比泊松比(poissons ratio)上页上页下

8、页下页退出退出返回返回13PT= const.PVVo12等容升温等容升温 吸热全部转换为系统内能的增加。吸热全部转换为系统内能的增加。 2.过程方程过程方程:7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用热力学第一定律对理想气体等值过程的应用一一.等容过程等容过程(isochoric process) 1.特点：特点： V = const.3.过程曲线：过程曲线： 4.能量转换关系能量转换关系:W = 0 E = QV)(12TTCQVV 上页上页下页下页退出退出返回返回14VT= const.PVV1V2o等压膨胀等压膨胀12 吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。吸热一部分用于对

9、外做功，其余用于增加系统内能。 1.特点：特点： P = const.二二.等压过程等压过程(isobaric process)2.过程方程：过程方程：3.过程曲线：过程曲线： 4.能量转换关系：能量转换关系： W = 1 P dV = P(V2 - V1)2)(12TTCQPP )(12TTCEV 上页上页下页下页退出退出返回返回15V2PoVV112等温膨胀等温膨胀2W = 1 P dV = RT 1 2dVV E = 04.能量转换关系：能量转换关系： 1.特点：特点： T = const.系统吸热全部用来对外做功。系统吸热全部用来对外做功。三三.等温过程等温过程(isothermal

10、process)2.过程方程：过程方程： P V = const. 3.过程曲线：过程曲线：)ln(12VVRTW )ln(1211VVVP Q = W)ln(2111PPVP 思考：思考：CT ( 等温摩尔热容量等温摩尔热容量)应为多大？应为多大？上页上页下页下页退出退出返回返回167.4 7.4 理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程( (Adiabatic process of the ideal gasAdiabatic process of the ideal gas) )二二.过程方程：过程方程：绝热过程：绝热过程： 1.良好绝热材料包围的系统发生的过程；良好绝热材料包围的系统发生的