大学物理下.PPT

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1、第11章热力学本章内容：11.1热学的研究对象和研究方法11.2平衡态理想气体状态方程11.3功热量内能热力学第一定律11.4准静态过程中功和热量的计算11.5理想气体的内能和CV、Cp11.6热力学第一定律在典型准静态过程中的应用11.7绝热过程11.8循环过程11.9热力学第二定律11.10可逆与不可逆过程11.11卡诺循环卡诺定理11.1热学的研究对象和研究方法热学:研究热现象的理论宏观量微观量描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、热容量、熵等。描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。宏观理论（热力学）微观理论（统计物理学）热力学验证统计物理学，统

2、计物理学揭示热力学本质观察和实验力学规律,统计平均方法热力学统计物理学11.2平衡态理想气体状态方程热力学系统热力学所研究的具体对象，简称系统。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。11.2.1气体的状态参量温度T、压强p、体积V温度是热力学所特有的热力学温标K（与测温物质无关）状态参量描写系统运动状态的物理量水的三相点:11.2.2平衡态宏观性质不变不受外界影响在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。说明(1)不受外界影响是指系统与外界没有能量和粒子交换，如：两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；处于重力场中气体系统的粒子数

3、密度随高度变化，但它是平衡态。低温T2高温T1(3)平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示(4)平衡态是一种理想状态(2)平衡是热动平衡11.2.3理想气体的状态方程气体的状态方程其中理想气体的状态方程（克拉珀龙方程）混合气体的理想气体的状态方程(1)理想气体的宏观定义(3)实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作理想气体处理。说明(2)只与状态有关，与过程无关。(4)系统的一个平衡态可在(p,V)上可用一个点表示。11.3功热量内能热力学第一定律11.3.1功热量内能1.功与内能的关系对系统作绝热功：结论：若初末态一定，则绝热功相同。12内能:系统

4、中存在一种与热运动状态相关的能量——内能。内能是系统状态的函数2.热量与内能的关系T传递热量亦可以改变热力学系统的状态热量是物体之间存在温差时传递的内能(1)内能是系统状态的单值函数，E=E（状态），是状态量。(2)功和热量是过程量，不属于任何系统。(3)功和热量的比较。121212说明11.3.2热力学第一定律外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分则用以对外界作功。(热力学第一定律)系统吸热：系统对外作功：；外界对系统作功：；系统放热：对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为(2)第一类永动机是不可能实现的。这是

5、热力学第一定律的另一种表述形式；(1)热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的能量守恒与转换定律；说明11.4准静态过程中功和热量的计算11.4.1准静态过程系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。1.热力学过程:122.准静态过程:在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态。无限缓慢进行的过程是准静态过程,准静态过程是理想过程准静态过程在状态图上可用一条曲线表示,如图.过程进行时间Δt>>弛豫时间τ例如实际汽缸的压缩过程τ=10-3~10-2s4.实际过程的处理准静态过程3.准静态过程的特点：可用状态参量的变化描述过程。热力学第一定律可表示为OVp功是一个

6、过程量,见图1211.4.2准静态过程中功的计算SV1V2适合于任何的准静态过程11.4.3准静态过程中热量的计算热容比热容摩尔热容注意:1.摩尔热容：摩尔热容是过程量与具体过程有关.例:绝热过程、等温过程2.定体摩尔热容CV和定压摩尔热容Cp定体摩尔热容CV定压摩尔热容Cp3.热量计算（一般情况下Cx，是温度的函数）若Cx与温度无关，则11.5理想气体的内能和CV，Cp一.理想气体的内能1.实验装置:膨胀前后温度计的读数未变内能是状态的函数，函数的具体形式怎样？E(气体状态参量)焦耳实验（英国物理学家焦耳在1845年通过试验研究了这个问题）2.实验结果：温度一样3.分析：气

7、体自由膨胀过程中理想气体焦耳定律说明(1)焦耳实验室是在1845完成的。温度计的精度为：0.01C°水的热容比气体热容大的多，因而水的温度可能有变化，由于温度计精度不够而未能测出。(4)目前温度计（铂电阻）的精度可达到万分之一℃的变化。通过改进实验或其它实验方法（焦耳—汤姆孙实验）证实仅理想气体有上述结论。(2)真实气体的内能与体积有关的微观解释：由于分子间存在相互作用力，存在有相互作用势能。绝热系统，气体自由膨胀气体温度升高？下降？(3)焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。根据热力学第一定律，有解因为初、