第4章、热力学基础

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1、1．了解气体分子热运动的图像,建立理想气体的微观模型。了解平衡态和平衡过程的含义。掌握理想气体状态方程的意义与应用。2．掌握热力学第一定律的意义，会使用热力学第一定律对理想气体准静态等值过程进行计算。3．了解循环的概念，掌握卡诺循环的意义，并掌握其计算。4．了解热力学第二定律、焓的物理意义。第四章热力学基础基本要求第四章气体动理论微观量：表征个别分子的物理量分子质量、速度、大小、能量.在现代实验条件下是不能直接测得的量。热学一、基本概念统计规律：大量偶然事件整体遵从的规律。投掷骰子例子中，总次数N无限增加时，任一面出现的概

2、率均为1/6宏观量：表征大量分子集体特征的量、系统温度、压强、热容可测量出。二、统计规律注：统计规律、统计平均值法完全适用于大量分子组成的气体。§4.1平衡态理想气体状态方程教学目的：掌握理想气体的特性。主要内容：气体状态参量，平衡态，平衡过程，理想气体状态方程。重点：理想气体状态方程。难点：平衡过程。教具：多媒体教室，电子教案。二、平衡态和平衡过程热力学状态平衡态非平衡态平衡态：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质均匀一致、不随时间变化的状态，热动平衡态。气体状态（P,V,T）就是指平衡态。平衡过程：状态１到状态２是一状

3、态变化的过程。若此过程足够缓慢，这个过程中每一状态都可近似看作平衡态，则叫平衡过程(准静态过程)。平衡态1非平衡态平衡态2一、气体状态参量温度（K）：反映物体冷热程度的物理量，其高低反映内部分子热运动的剧烈程度。热力学温标(T:K)与摄氏温标(t:℃)，t=T-273.15体积V（m3）：气体分子所能到达的空间。1dm3=1L压强P（Pa）：气体分子垂直作用于器壁单位面积上的力，是大量气体分子与器壁碰撞的宏观表现。1atm=760mmHg=1.01105Pa。1Pa=N/m21.状态参量：描写气体有关特性的物理量称为状态

4、参量。注：气体处于平衡态时，微观分子仍在不停运动，但宏观效应P、T、V不随时间变化，称热动平衡5讨论：当系统过程无限缓慢，（弛豫时间比宏观变化快得多时）这个过程中每一状态都可近似看作平衡态，该过程就可认为是平衡过程。(1)在过程中每一时刻，系统都处于平衡态，这是一种理想过程。u例如,外界对系统做功，过程无限缓慢，无摩擦。u非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间，约10-3秒，如果实际压缩一次所用时间为1秒，就可以说是平衡过程。(2)P-V图表示,根据状态方程，系统的压强、体积、温度中任两个量一定，就可确定系统的状态，因此常

5、用P-V图中的一条曲线来表示系统的准静态过程，曲线上任一点都表示气体的一个平衡态，这种图叫状态图。等温线P0V非静态过程：当系统宏观变化比弛豫更快时，这个过程中每一状态都是非平衡态。三、理想气体状态方程1.理想气体玻—马定律PV=constant盖—吕萨克定律V/T=constant查理定律P/T=constantT不变P不变V不变克拉伯龙方程PV=RT2.理想气体状态方程例题1某种柴油机的气缸容积为0.82710-3m3。设压缩前其中空气的温度47ºC，压强为8.5104Pa。当活塞急剧上升时可把空气压缩到原体积的1

6、/17，使压强增加到4.2106Pa，求这时空气的温度。如把柴油喷入气缸，将会发生怎样的情况？（假设空气可看作理想气体。）解:本题只需考虑空气的初状态和末状态，并且把空气作为理想气体。我们有这一温度已超过柴油的燃点，所以柴油喷入气缸时就会立即燃烧，发生爆炸推动活塞作功。已知p1=8.5104Pa,p2=4.2106Pa，T1=273K+47K=320K例题2容器内装有氧气，质量为0.10kg，压强为10105Pa，温度为470C。因为容器漏气，经过若干时间后，压强降到原来的5/8，温度降到270C。问(1)容器的容

7、积有多大？(2)漏去了多少氧气？求得容器的容积V为解:(1)根据理想气体状态方程，(2)所以漏去的氧气的质量为若漏气若干时间之后，压强减小到p，温度降到T’。如果用m表示容器中剩余的氧气的质量，从状态方程求得作业思考4.14.3§4.2热力学第一定律教学目的：理解热力学第一定律的意义，会应用。主要内容：热力学系统，准静态过程，热力学第一定律及其应用。重点：热力学第一定律。难点：热力学第一定律的应用。教具：多媒体教室，电子教案。一、热力学系统、准静态过程1、热力学系统（1）概念：在热力学中，把研究对象称为热力学系统，围绕

8、热力学系统的外界称为环境。（2）类型：弧立系统：与环境无物质、能量交换。封闭系统：与环境无物质交换，有能量交换。开放系统：与环境有物质交换，有能量交换。2、系统的内能实际系统：分子动能、势能。理想气体：分子热运动总动能（为温度单值函数）。（2）足够缓慢的标准：系统有时间达到热平衡态。（3）图象：图上一条