北邮 大学物理 吴百诗 chapter-6-热力学基础

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1、热力学基础1当一个科学家发现，自然界的结构有这么多不可思议的奥妙，他会有一个触及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我想是和最真诚的宗教信仰很接近的。－－－杨振宁2结构框图热力学系统内能变化的两种量度功热量热力学第一定律热力学第二定律等值过程绝热过程循环过程卡诺循环应用（理想气体）（对热机效率的研究）31)微观理论－《统计物理》物质的微观结构粒子的热运动统计方法平均效果确定宏观量与微观量的联系，描述热现象的规律和本质由基本假设构造性理论热学发展历史的两大特征：技术——物理——技术模式两种研究方法——两种理论2)宏观理论－《热力学》归

2、纳观测实验热现象基本定律，宏观过程进行的方向和限度，不涉及微观本质永动机是不可能成功的自然遵循什么法则由现象出发原理性理论43)相互关系：互相补充，相辅相成统计物理－热力学－宏观理论，基本结论来自实验事实，普遍可靠，但不能解释其本质微观理论，揭示热现象本质验证解释热力学第一定律的创始人热力学第二定律的创始人5大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。与其比邻的环境称为外界。与外界有E交换，无m交换开放系统：封闭系统：孤立系统：与外界有m、E交换与外界无E、m交换绝热开放系统封闭系统孤立系统6一准静态过程（理想化的过程）从一

3、个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体活塞砂子127二功（过程量）1功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化.2准静态过程功的计算8注意：作功与过程有关.9P-V图上过程曲线下的面积系统对外界做功外界对系统做功循环过程的功三热量（过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.11系统比热的定义摩尔热容定压和定容摩尔热容系统温度变化吸收和放出的热量12（1）都是过程量：与过程有关；（3）功与热量的物理本质不同.1cal=4.18J，1J=0.24cal功与

4、热量的异同（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；13作机械功改变系统状态的焦耳实验AV作电功改变系统状态的实验14实验证明系统从状态A变化到状态B，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.四内能（状态量）152AB1**2AB1**16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.17系统内能的增量只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关.2AB1**2AB1**18热力学理论19一热力学第一定律系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部

5、分使系统对外界做功.12**20准静态过程微变过程21+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22（1）能量转换和守恒定律.第一类永动机是不可能制成的.（2）实验经验总结，自然界的普遍规律.物理意义23计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.（1）（理想气体的共性）（2）解决过程中能量转换的问题24（3）（理想气体的状态函数）（4）各等值过程的特性.25热力学第一定律对理想气体在准静态过程中的应用26一等体过程摩尔定体热容由热力学第一定律特性常量过程方程常量27单位摩尔定体热容:理

6、想气体在等体过程中吸收热量，使温度升高，其摩尔定体热容为:28由热力学第一定律理想气体29等体升压12等体降压123012二等压过程摩尔定压热容过程方程常量由热力学第一定律特性常量功W31摩尔定压热容:理想气体在等压过程中吸收热量，温度升高，其摩尔定压热容为：32可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系摩尔热容比33泊松比34补充*理想气体等容摩尔热容*理想气体等压摩尔热容迈耶公式刚性单原子刚性双原子刚性多原子三个量：3512W等压膨胀WW12W等压压缩36*比热容热容比热容37三等温过程由热力学第一定律恒温热源T12特征常量过程

7、方程常量383912等温膨胀W12W等温压缩WW4012四绝热过程与外界无热量交换的过程特征由热力学第一定律绝热的汽缸壁和活塞41由热力学第一定律有12W42若已知及由可得43绝热过程做功绝热过程方程的推导1244分离变量得绝热方程常量常量常量常量4512W绝热膨胀12W绝热压缩WW46五绝热线和等温线绝热过程曲线的斜率常量47绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温过程曲线的斜率常量ABC常量48例1设有5mol的氢气，最初温度，压强，求下列过程中把氢气压缩为原体积的1/10需作的功:（1）等温过程（2）绝热过程（3）经这两过程后

8、，气体的压强各为多少？12常量49解（1）等温过程（2）氢气为双原子气体由表查得，有已知：12常量50（3）对等温过程对绝热过程，有12常量51例2一汽缸内有一定的水，缸壁由良导热材料制成.作用于活塞上的压强摩擦不计.开始时，活塞与水面接触.若环境(热源)温度非常缓慢地升高到