大学物理之热力学第一定律

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1、用户名：college_physics@yeah.net密码：daxuewuli公共信箱：大学物理（下）内容提要热学光学近代物理热力学定律气体动理论干涉衍射几何光学波动光学偏振量子物理狭义相对论第九章热力学基础§9-1热力学的基本概念9-1-1热力学系统在热力学中把要研究的宏观物体（气体、液体、固体）称为热力学系统，简称系统。外界：系统以外与系统有着相互作用的环境。孤立系统：与外界不发生任何能量和物质的热力学系统。封闭系统：与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。状态参量：描述热力学系统状态的物理量。描述气体的状态参量：压强

2、、体积和温度。垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。压强（P）：国际单位：帕斯卡（Pa=N/m2）1标准大气压=1.01325×105（Pa）=760mmHg体积(V)：气体分子自由活动的空间。国际单位：米3（m3）温度(T)：温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量。摄氏温标：t℃热力学温标：TK水的冰点——0℃水的沸点——100℃绝对零度：T=0Kt=-273.15℃9-1-2平衡态准静态过程平衡态：一个孤立系统，其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变（即其状态参量不再随时间改变）的状态。注意：如果系统与外界有能量交

3、换，即使系统的宏观性质不随时间变化，也不能断定系统是否处于平衡态。热力学过程：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。P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。准静态过程的过程曲线可以用P-V图来描述，图上的每一点都表示系统的一个平衡态。(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVO(PC,VC,TC)9-1-3理想气体状态方程理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。（质量不变）标准状态：m为气体的总质量。M为气体的摩尔质量。其中：理想气

4、体状态方程：令：R称为“摩尔气体常量”代入：分子质量为m0，气体分子数为N，分子数密度n。阿伏伽德罗常数玻耳兹曼常量例1:若理想气体的体积为V，压强为p，温度为T，一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量，R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为答案:pV/(kT)例2:一定量某理想气体按pV2＝恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度(A)将升高．(B)将降低．(C)不变．(D)升高还是降低，不能确定．例1:若理想气体的体积为V，压强为p，温度为T，一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量，R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为答

5、案:pV/(kT)例2:一定量某理想气体按pV2＝恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度(A)将升高．(B)将降低．(C)不变．(D)升高还是降低，不能确定．例3:若室内生起炉子后温度从15℃升高到27℃，而室内气压不变，则此时室内的分子数减少的百分比是多少？答案:4%9-2-1改变系统内能的两条途径热功当量内能：系统内分子热运动的动能和分子之间的相互作用势能之总和。理想气体内能：理想气体的内能只与分子热运动的动能有关，是温度的单值函数。§9-2热力学第一定律改变系统内能的两种不同方法：钻木取火——通过做功的方式将机械能转换

6、为物体的内能。烤火——通过热量传递提高物体内能。热量(Q)：系统之间由于热相互作用而传递的能量。焦耳用于测定热功当量的实验装置。注意：功和热量都是过程量，而内能是状态量，通过做功或传递热量的过程使系统的状态（内能）发生变化。热功当量：1卡=4.186焦耳作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。9-2-2热力学第一定律的数学描述热力学第一定律：包括热现象在内的能量守恒和转换定律。Q表示系统吸收的热量，W表示系统所作的功，E表示系统内能。热力学第一定律微分式：符号规定：1、系统吸收热量为正，系统放热为负。2、系统对外作功为正，外

7、界对系统作功为负。3、系统内能增加为正，系统内能减少为负。第一类永动机：不需要外界提供能量，但可以继续不断地对外做功的机器。热力学第一定律：“不可能制造出第一类永动机”。9-2-3准静态过程中热量、功和内能准静态过程中功的计算(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVOdVVAVBdl1.此过程所作的功反映在P-V图上，就是曲线下的面积。1V2V12系统对外界作功，W为正。外界对系统作功，W为负。2.系统对外界作了功，系统的状态改变，内能也改变“功”是系统内能变化的量度，功不仅与初、末态有关，还与过程有关是过程量。PVdV

8、符号法则：注意：准静态过程中热量的计算热容量：物体温度升高一度所需要吸收的热量。比热：单位质量物质热容量。单位：单位：摩尔热容量：1mol物质的热容量。定体摩尔热容：1mol理想气体在体积不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。自由度概念参考P.41,10-3-1定压摩尔热容：1mol