热力学基础2014_1

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1、§10.1准静态过程、热力学系统的功、热量§10.2热力学第一定律§10.3热容量§10.4热力学第一定律应用§10.5绝热过程§10.6循环卡诺循环2013/9/121§10.7热力学第二定律§10.8熵、熵增加原理和熵的微观意义2013/9/122热力学研究的目的在于如何有效地利用热能，热力学利用分子运动论的结论，关注热力学系统的宏观效应。分子系统－热力学系统。ikTmiRTtE2M2可以估计1kg的氧气（双原子分子）在室温下的内能：155E8.313001.9410J332102

2、2013/9/123贮存在1kg的氧气内部的内能：5E1.9410J194000J这一能量可以使普通40W电灯工作81分钟!将100kg的物体提升近200米的高度！热力学系统是一个可观的能量资源。可有此等好事发生？问题就在于如何利用理想气体的能源资源～把无序的分子运动转化为有序的宏观运动。大规模利用热能资源是以蒸汽机为标志的第一次工业革命。2013/9/12410.1准静态过程功热量一个热力学系统需要一定的物理量描述，由于气体的特性，系统在变化时可能会出现某局部物理量与系统其它局部物理量的差异，则描

3、述系统出现困难。实际系统变化时，需要一定的时间后才能得到均匀的平衡态。准静态过程：热力学系统变化时，任意时刻系统都处于平衡的状态。这个过程定义为准静态过程2013/9/125热力学系统的功在热力学系统中，需要用热力学量（P、V、T）描述功。以气体在汽缸内膨胀（准静态过程）为例：2013/9/126热力学系统的功在热力学系统中，需要用热力学量（P、V、T）描述功。以气体在汽缸内膨胀（准静态过程）为例：xAFdr2013/9/127热力学系统的功xdrAFdrAPScos0dxPVS

4、dxV2SddxVAPVdVV12013/9/128热力学系统的功V2APdVddAPVPV1P2A是P（V）曲线下P1的面积。且与曲线的具PVd体形状有关。V2VVV12APdVV1V1V2确定，结果不唯一！问题:密封汽缸的活塞运动后返回原地，汽缸内理想气体对外界的功是零？其内能的变化是零？2013/9/129例题：理想气体质量一定，由（p1V1）态等温的变化到（p2V2）态。过程是准静态，求气体系统的功。PV2mP1ApdVpVRTMV1V2m1ARTdVP0

5、2MVVV1VV21mmVp21ARTlnRTln00MVMp12逆过程求功的负号相反，外界对系统做功。2013/9/1210热力学系统的内能和热量系统与外界有热量Q的传递，热量的单位是焦耳。miERTM2通过提高理想气体的温度，加大其内能。Q0系统从外界吸热。Q0系统向外界放热。向系统传递热量，系统的内能与系统与外界的功有一定的数量关系。2013/9/121110.2热力学第一定律QEEEA21QEEAΔEA21dQdEdA热力学第一定律实质是包含热能

6、在内的能量守恒定律。QEEE0A21QAQEEE0A21miERT系统内能不变，只能是系统温度M2不变的过程～等温过程。2013/9/121210.2热力学第一定律QEEE021QEE21QEEE021系统与外界无功的交换。系统变化的过程中体积始终不变～等体过程。EEE0A21AEE21EEE0A21系统变化的过程中始终不能与外界交换热量～绝热过程。2013/9/121310.2热力学第一定律注意：QΔEA由于功A是过程量，所以热量Q也

7、是过程量，与气体的具体变化过程有关。但是内能是状态量。mimiERTΔERΔTM2M2只要理想气体的初、末态确定，内能的变化就确定。与气体的变化过程无关！2013/9/121410.3热容量设理想气体的质量m，温度有T1变化到T2，系统交换的热量Q：QmcTT21定义摩尔热容：mM比热dQQMcT21TddQMcTCMcdT摩尔热容C是1摩尔质量理想气体温度变化1度所交换的热量。如果已知摩尔热容，理mQCTT想气体的交换的热量Q：21M2013/9/1215讨

8、论几种常见的过程的摩尔热容:一、定压过程：dQdEdACpddTTppdEpVddEpVdCpdTdTdTpppmiidERTdRTdM22mMiVdCRpp2dT2013/9/1216讨论几种常见的过程的摩尔热容:一、定压过程：iVdCRpp2dT根据理想气体的状态方程：pVRTmM等压过程d0pdVRpVddRTd