07第7章 热力学基础.doc

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1、第7章热力学基础7.1结构要点一、知识结构内能本章介绍由观察和实验总结出来的热现象的基本规律．功主要物理量热量热力学第一定律等值过程准静态过程热力学过程热力学第二定律热力学第零定律热力学第三定律二、基本要求1．理解平衡态、准静态过程、可逆过程、不可逆过程的涵义，2．掌握描述热力学过程的三个主要物理量：内能、功、热量；3．掌握热力学第一定律及在各种等值过程中的运用；4．理解热力学第二定律的两种表述，能够计算循环热机效率(或制冷系数)；5．掌握熵的概念、性质和物理本质，了解熵增原理的物理意义．1277.2学习指南一、内能、

2、功、热量1．内能系统内分子运动的动能、分子间相互作用的势能及分子内原子等运动的动能的总和，称为系统的内能．内能是状态的单值函数，简称为态函数．理想气体的内能指系统内所有分子各种动能的总和．对于质量为M、摩尔质量为μ的理想气体，其内能为。(7—1)理想气体的内能是温度的单值函数，即内能只与温度有关．如果温度的变化量为△T，则其内能变化量为。(7—2)2．功poＶ图7－1ⅠⅡV1V2VV+dV由于体积变化，理想气体组成的系统对外界在无限小的准静态过程中所作的功为，当系统体积膨胀时，dV＞0，系统对外作正功，即dA＞0，当系

3、统被压缩时，dV＜0，系统对外作负功，即dA＜0．在一个有限的准静态过程中，系统的体积由V1变为V2时，系统对外界所作的总功为(7—3)在p－V图上，过程曲线下面所围成的面积代表功的大小，如图7－1示．系统从同一初态经历不同准静态过程到达同一终态，对外所作的功不同．因此，功是一个过程量．不能离开系统的变化过程谈功．3．热量热量是指系统与外界发生的热交换的能量，是过程量。如果系统原来的温度为T1，传入热量Q后的温度为T2，则吸收的热量为。(7—4)式中M是系统的质量，c是物质的比热．Mc为系统温度升高（或降低）1℃所吸收

4、（或放出）的热量，称为该系统的热容量．一摩尔物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫该物质的摩尔热容量．如果物质的摩尔质量为μ，则摩尔热容量为127。系统在热交换中吸收或放出的热量不仅与温度差有关，且随着状态变化过程而不同，升高一定温度所需的热量也不同，所以同一种气体在不同的过程中有不同的热容量．（1）定体摩尔热容设有一摩尔的气体，在体积不变的条件下，吸收的热量为，温度升高dT，则定体摩尔热容为：(7—5)摩尔理想气体在体积保持不变时，温度由T1变为T2吸收的热量为(7—6)（2）定压摩尔热容设一摩尔的理想气

5、体在压强不变的条件下，吸收的热量为，温度升高dT，则定压摩尔热容为(7—7)在等压过程中，摩尔气体温度由T1升高T2，所吸收的热量为(7—8)二、热力学第一定律1．内容设一个系统从外界吸收热量为Q，同时对外界作功为A，使系统从内能为E1的状态（初态）变化到内能为E2的状态（终态）．则有：(7—9)这就是热力学第一定律的表达式．它表明系统从外界吸收的热量，一部分用于改变系统的内能，另一部分用于对外作功．对于系统状态的微小变化过程，热力学第一定律可写成dQ＝dE＋dA(7—10)2．热力学第一定律的实质热力学第一定律是能量

6、守恒定律在热现象中的表达形式．是自然界中一切热现象必须遵守的基本定律．3．热量Q、内能增量△E和功A在定律中的正、负号的意义127Q为正表示系统从外界吸热，Q为负表示系统向外界放热；△E为正表示系统的内能增加，△E为负表示系统的内能减少；A为正表示系统对外界作功，A为负表示外界对系统作功．4．适用范围热力学第一定律适用于初、末状态确定的任何热力学系统的任何热力学过程．只需要初态和终态是平衡态，至于过程中所经历的各态并不一定是平衡态．三、热力学第一定律对理想气体的应用1．等体过程系统的体积保持不变的过程，称为等体过程．（

7、1）等体过程的特点：　V＝常量（dV＝0）．即系统对外不作功．该过程的p－V图线为一段平行于p轴的线段，称等体线．热力学第一定律的表达式变为：，Q＝△E．即系统从外界所吸收的热量，全部用于增加系统的内能．（2）有关量计算设有摩尔的理想气体，定体摩尔热容为CV，系统的温度由T1变为T2，则系统内能的增量等于外界传给系统的热量：(7—11)在常温下（温度低于2500K），单原子分子，双原子分子，多原子分子．2．等压过程系统的压强保持不变的过程称为等压过程．（1）等压过程的特点：　p＝常量（dp＝0）．等压过程的p－V图线为

8、一段平行于V轴的线段，称等压线．显然，在等压过程中，系统的体积必定发生变化．热力学第一定律的表达式为，（2）有关量计算127对外作功：．(7—12)如果V2＞V1，则A＞0；如果V2＜V1，则A＜0．热量：(7—13)3．等温过程poＶ图7－2ⅠⅡV1V2VV+dV系统的温度保持不变的过程称为等温过程．（1）等温过程的特点：T＝常