大学物理专题六--热力学基础

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1、专题六热力学基础一、内容提要1、热力学第一定律及其在四种过程中的应用Q＞0时，吸热；Q＜0时，放热；A＞0时，系统对外界做正功；A＜0时，系统对外界做负功(外界对系统做功)。过程特征过程方程等容等压等温绝热热力学第一定律在四种过程中的应用00002、循环过程正循环（热机）效率：逆循环（致冷机）致冷系数：卡诺循环：3、热容量（理想气体）定容摩尔热容量：定压摩尔热容量：热容比（迈耶公式）：内能：普遍适用4、热力学第二定律两种表述（开尔文、克劳修斯）微观意义：热力学几率与热力学过程进行的方向的关系5、熵（状态函数）玻尔兹曼熵公式：克劳修斯熵公式：熵增加原理：对孤立系统的各种过程：1

2、、内能和热量这两个概念有何不同？以下说法是否正确？1）物体的温度越高，则它具有的热量越多；2）物体的温度越高，则它的内能越多。二、课堂讨论与练习理想气体内能是温度的单值函数，则温度愈高，内能愈大。而非理想气体内能一般是温度和体积的函数，即E（T，V），则温度高不一定内能就大。解：内能：物体分子的无规则热运动能量的总和，是状态量。热量：传热过程中所传递的能量的多少，是过程量。温度是状态量，描述某平衡态冷热程度，而热量是过程量，因此温度高低与热量多少没有直接联系。（1）不对。（2）不一定。2、系统的温度要升高是否一定要吸热？系统与外界不作任何热交换，而系统的温度发生变化，这种过程

3、可能吗？（2）有可能。例如绝热膨胀过程，系统与外界无热量交换，系统的温度下降了。解：（1）不一定。可以通过做功。例如绝热压缩过程。温度升高3、P——V图上有五个准静态过程，试问：(1)哪些过程是升温?哪些过程是降温?(2)哪些过程是吸热?哪些过程是放热?(3)哪些过程的摩尔热容量C>0、C<0、C=0、C→∞?解：（1）过程3升温，过程2、4降温。高温低温OVPABC绝热线等温线等温线D21534(2)哪些过程是吸热?哪些过程是放热?解：（1）过程3升温，过程2、4降温。过程4：过程5：过程3：过程2：过程1：等温膨胀OVPABC绝热线等温线等温线D21534高温低温吸热降温

4、膨胀放热绝热压缩降温膨胀等温压缩OVPABC绝热线等温线等温线D21534高温低温过程2：降温膨胀构造循环：BDAB逆循环：在过程5上：过程3,绝热压缩但是个等温膨胀放热BDDAABOVPABC绝热线等温线等温线D21534高温低温过程4：降温膨胀构造循环：BDCB正循环：过程5过程3,绝热压缩等温压缩吸热BDDCCB(3)哪些过程的摩尔热容量C>0、C<0、C=0、C→∞?解：摩尔热容量：过程4：过程5：过程3：过程2：过程1：OVPABC绝热线等温线等温线D21534高温低温过程4：过程5：过程3：过程2：过程1：等温降温升温等温降温吸热放热吸热放热绝热4、功的公式是否只

5、适用于理想气体?其适用条件是什么?解：此式不仅适用于理想气体，也适用于固体和液体。但固体和液体体积变化不大，一般不需要计算体积功。适用条件：准静态过程。5、若系统体积不变，是否对外不做功？若系统体积改变是否一定对外做功？解：不一定。因为系统体积不变则没有做体积功。但还可以做机械功，如磨擦时是克服磨擦力作功，系统体积未变。系统体积改变也不一定对外作功。例如系统向真空自由膨胀过程，体积增大了，但系统未作功。对于准净态过程:一般地说系统体积膨胀则对外做正功，系统体积缩小时，外界对系统作正功。6、如图，一定量的理想气体，完成一循环过程。（1）将该循环改画成p-V图。（2）判明它的三个

6、分过程1-2，2-3，3-1中，系统热量Q的正负。VOT231解：过程1—2，等温膨胀过程2—3，等容升温过程3—1，等压压缩降温PV231（2）判明它的三个分过程1-2，2-3，3-1中，系统吸热Q的正负。VOT231PV231过程1—2，等温膨胀:过程2—3，等容升温:过程3—1，等压压缩降温:8、某人设想一台可逆卡诺热机，循环一次可以从400K的高温热源吸热1800J，向300K的低温热源放热800J，同时对外作功1000J，试分析这一设想是否合理？为什么？解：考虑热机的效率：给定高低温热源后，热机的效率是一定的而此种想法的效率为：显然不合理从熵的角度考虑：计算一次循环

7、中系统的总熵变吸热前边的负号是与热库比较而言的，即，以热库为研究对象。9、正循环的热机效率的定义为：逆循环致冷系数的定义为：能否由此得出结论：此关系成立的条件是什么？解：对于卡诺热机对于卡诺致冷机条件：必须是卡诺循环10、一定量的理想气体，经历下表中的三个过程组成循环Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ→Ⅰ，试问循环的效率是多少？过程吸热内能增量对外作功Ⅰ态→Ⅱ态400J200JⅡ态→Ⅲ态400J250JⅢ态→Ⅰ态-100J600J-650J150J-550JABCDEPOV11、如图所示，AB、DC是绝热过程，CEA是等温过程