中国民航大学大学物理学第11章热力学第一定律

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1、第十一章热力学基础FoundationofThermodynamics§11-2理想气体物态方程准静态过程§11-3热力学第一定律§11-4热容§11-1热力学第零定律温度温标§11-5热力学第一定律对理想气体的应用§11-6循环过程卡诺循环热力学系统把研究的对象视为一个系统，称为热力学系统，而系统以外的部分则称为外界。热力学系统是一个由大量的微观粒子（分子、原子）组成的宏观系统。热力学系统与外界之间通过做功，热传递和粒子交换而相互联系。外界热力学系统§11-1热力学第零定律温度温标ZerothlawofthermodynamicsTemperatureThermometri

2、cscale1.平衡态平衡态是一种动态平衡状态在不受外界影响的条件下(即系统与外界没有物质和能量的交换），系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为平衡态。2.热平衡两个原为孤立系统分别达到了平衡态，相互接触（容器的导热面接触，可相互交换能量）后，各自的状态会发生变化，经足够长时间又达到新的平衡态，称这两个系统处于热平衡。3.热力学第零定律定律：如果系统A和系统B分别与系统C的同一状态处于热平衡，则系统A与系统B也处于热平衡。绝热板导热板抽去绝热隔板说明：借助热力学第零定律引入温度概念，这是宏观上对温度的定性定义。处于热平衡的诸个系统具有相同的温度。温度的测量也是基于热力学

3、第零定律实现的。任意两个系统处于热平衡，意味着它们具有某种共同热力学性质，可以引入一个物理量来描述这种物理性质，即：温度——决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质。热力学第零定律表明要定量地确定温度的数值，还必须给出温度的数值表示法——温标。4.温标理想气体温标(T(K))Ttr273.16K水的三相点定体,定压温度计热力学温标理想气体温标在其所能确定的温度范围内，与热力学温标完全一致。都用T表示、K作单位。摄氏温标：华氏温标：摄氏温标：t℃冰点为0℃开氏温标：TK冰点为273.15K温度：§11-2理想气体物态方程准静态过程EquationofStateofIde

4、alGasQuasistaticProcess1.状态参量1.1状态参量：描述热力学系统平衡态宏观性质的物理量。例：P、T、V、E、S...1.2气体状态参量：压强(P)、体积(V)、温度(T)压强（p）：作用于容器壁上单位面积的力。体积（V）：分子热运动所能达到的空间，约为容器体积。温度（T）：描述互为热平衡的系统所具有的一个共同宏观性质。2.状态方程2.1状态方程：状态参量（P，V，T）之间的关系，即f（P,V,T）=02.2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。一般气体在温度不太低,压强不太大时，都可近似看

5、成理想气体。PV=RT－－普适气体常量2.2理想气体状态方程2.3普适气体常量R标准状态下,1mol理想气体,p0=1atm=1.01x105Pa,t0=00C(T0=273.15K),V0=22.4L=22.4x10-3m3p0V0/T0=R2.4理想气体状态方程另一种形式：阿伏伽德罗常数玻耳兹曼常量理想气体状态方程也使用于混合气体，如空气。平均摩尔质量[例]一容器内贮有氧气0.100kg，压强为10atm，温度为47°C。因容器漏气，过一段时间后，压强减到原来的5/8，温度降到27°C。若把氧气近似看作理想气体，问：（1）容器的容积为多大？（2）漏出了多少氧气？解：氧气

6、的摩尔质量为M=32.010-3kg/mol。设原来状态为(p,V,T)，后来的状态为(p’,V,T’)。（1）由理想气体状态方程：（2）漏气后剩下的氧气质量为m’漏出的氧气质量为3．热力学过程3.1热力学过程3.2准静态过程系统从一个平衡态向另一个平衡态过渡的过程系统的热力学过程进行得无限缓慢，以致于每一个中间状态都可视为平衡态p一个点：表示一个平衡态一条曲线：表示一个准静态过程O2(p2,V2,T)V1(p1,V1,T)p§11-3热力学第一定律FirstLawofThermodynamics1.系统的内能内能：热力学系统的能量，它包括了分子热运动的（平动、转动、振动）

7、动能和（分子间和分子内原子间）相互作用的势能。理想气体的内能：理想气体的内能是温度的单值函数，它是一个状态量，只和始、末两位置有关，与过程无关。理想气体内能：i为理想气体分子的自由度：自由度的概念：决定一个物体在空间的位置所需的独立坐标数称为该物体的自由度数。质点：i=3：P(x,y,z)刚体：i=6：CxzyOA刚性分子的自由度数非刚性分子：i=t+r+s单原子分子单原子分子多原子分子改变热力学系统内能的途径之一是作功W改变热力学系统内能的途径之二是传递热量Q1.1功与热的等效性做功的概念：做功是系