热力学基础大学物理上中南大学

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1、热力学基础第五章开尔文克劳修斯卡诺一、内能功和热量实际气体内能：所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。理想气体内能内能是状态量,是状态参量T的单值函数。5-1热力学第一定律内能是状态参量T、V的单值函数。气体动理论是从物质的微观结构出发，阐明温度和压强的微观本质，导出理想气体的内能，并运用统计方法导出宏观统计规律。热力学从能量观点出发，分析研究在物态变化过程中有关热-功转换的关系和条件等问题。系统内能改变的两种方式1、做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）功是过程量2、热量传递可以改变系统的内能热量是过程量作功是系统热能与外界其

2、它形式能量转换的量度。热量是系统与外界热能转换的量度。使系统的状态改变，传热和作功是等效的。热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。热力学过程非静态过程准静态过程二、准静态过程准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，中间状态出现非平衡态的过程。弛豫时间：从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间。对于实际过程，若系统状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间，则可近似看作准静态过程。p－V图上，一点代表一个平衡态，一条连续曲线代表

3、一个准静态过程。过程方程:P-V曲线的方程。准静态过程是一种理想的极限V三、准静态过程的功和热量当活塞移动微小位移dl时，系统对外界所作的元功为：系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：1、体积功的计算外界对系统作功准静态过程系统对外作正功；系统对外作负功；系统不作功。2、体积功的图示比较a,b过程可知，功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功与过程的路径有关。——功是过程量由积分意义可知，功的大小等于p—V图上过程曲线p(V)下的面积。准静态过程中热量的计算热容量C：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温度变化dT的比值

4、称为系统在该过程的热容量（C）。不同过程物体吸收的热量不同，其值可正、可负、可为零。摩尔热容Cm：1mol物质升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。1、热容法2、利用热力学第一定律物体在某过程中吸收的热量：四、热力学第一定律系统在某一过程中从外界吸热Q，对外界做功A，其内能从初始态E1变为E2，则由能量守恒：Q>0，系统吸收热量；Q<0,系统放出热量；A>0,系统对外作正功；A<0,系统对外作负功；E>0,系统内能增加，E<0,系统内能减少。规定热力学第一定律的普遍形式系统吸收的热量，一部分转化为系统的内能，一部分转化为系统对外界所做的功。

5、对无限小过程对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，则热力学第一定律另一表述：制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器)是不可能的。1.等容（体）过程V=恒量，dV=0，dA=pdV=0，T2T1pV0ab等容（体）过程中，外界传给气体的热量全部用来增加气体的内能，系统对外不作功。5-2热力学第一定律对理想气体的应用2.等压过程p=恒量12p21OVVV等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，一部分用来对外做功。理想气体的摩尔热容量①理想气体的等容摩尔热容量理想气体单原子理想气

6、体双原子理想气体多原子理想气体理想气体内能的另一种表述：内能增量迈耶公式在等压过程，温度升高1度时，1mol理想气体多吸收8.31J的热量，用来转换为膨胀时对外做功。②理想气体的等压摩尔热容量绝热系数③比热容比理想气体从P197表5-1给出的实验数据可以看出：各种气体的（CP-CV）值都接近R；室温下单原子、双原子气体的CP、CV、γ的值测量值与理论值较接近；经典热容理论近似反映了客观事实，但对多原子分子明显不符。观测值总低于经典统计物理学中按能量均分原理给出的理论值；CV是温度的函数而不是定值。经典理论的上述局限在于其只是近似理论，惟有用量子理论

7、才能正确解决问题。3.等温过程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2III..OV2V1等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外做功，系统内能保持不变。4.绝热过程系统不与外界交换热量的理想过程。理想气体状态方程微分得：绝热过程中系统对外做功全部是以系统内能减少为代价的。故绝热方程气体绝热自由膨胀Q=0，W=0，△E=0气体真空膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快1.等温线2.绝热线绝热线比等温线更陡。绝热线等温线等压线等容线三、过程曲线的斜率3.等压线4.等容线四、多方过程多方过程，气体对外作功：(p1,V1)(p2,V2)过程过程方程吸热作功A

8、内能增量等体等压等温绝热例1:1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大一倍，再等容加热至压力增大