第七章 热力学基础.ppt

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1、§7—2热力学第一定律§7—5热力学第一定律对理想气体绝热过程的应用§7—6循环过程、卡诺循环、热机的效率§7—7热力学第二定律§7—3热力学第一定律对理想气体等值过程的应用§7—1内能、功、热量§7—4气体的热容量§7—8可逆过程与不可逆过程、卡诺定理§7—8熵§7—9热力学第二定律的统计意义第七章热力学基础1.理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理想气体各种等值过程中的应用；2.理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；3.明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热力学第二定律和卡诺定理的意义。

2、教学基本要求热力学的研究方法：从实验事实出发，运用能量守恒及转换定律研究大量分子热运动所表现出来的宏观规律。即研究状态变化过程中有关热功转换的关系和条件。热力学是热现象的宏观理论。热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。学习中要抓住：（1）如何描述状态；（2）状态变化过程及其特征；（3）热功转换的关系和条件。一、热力学系统热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、固），简称系统。外界：与系统发生作用的环境。系统可分为：（1）一般系统：与外界有功、有热交换；（2）透热系统：与外界无功、有热交换；（3）

3、绝热系统：与外界有功、无热交换；（4）封闭系统：与外界无功、无热交换。二、系统的内能内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振动）的动能和分子间相互作用的势能之和。系统的内能取决于系统的状态，是系统状态的单值函数。§7—1内能、功、热量对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即理想气体的内能只是温度的函数E=E（T），内能的变化只取决于温度的变化。内能E=f（T、V）=f（T、P）=f（V、P）内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无

4、关。（因为对给定的系统,T、V、P三者之间有确定的函数关系。）如：1mol双原子理想气体，温度由270C上升到1270C，问：（1）等容升温；（2）等压升温；（3）绝热升温。过程中内能各增加了多少？解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间的势能，这势能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能是气体的温度T及体积V的函数：焦耳—汤姆逊实验、真实气体的内能气体在绝热条件下，从大压强空间经多孔塞缓慢迁移到小压强空间的过程称为节流过程或焦耳-

5、--汤姆逊过程。大压强空间小压强空间多孔塞对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。正焦耳---汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；负焦耳---汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。对理想气体经历节流过程：说明理想气体经历节流过程后温度不变。真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相互作用的势能。实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出来，从而使温度降低，制成干冰。三、热与功的等效性如图：温度都由T1→T2状态发生了相同的变化。加热因为功是能量传递的一种形式，是系统能量变化的一种量度。所以热量也是能量传递的一种形

6、式，是系统能量变化的一种量度。功和热量可以用相同的单位：焦耳（J）。传热——作功等效再如：焦耳实验搅拌作功焦耳实验m1、作功PVdV结论：体积分与路径有关，是一过程量，其值等于P(v)曲线与V轴包围的面积（即过程曲线下的面积）。热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。功—能量传递的一种方式。对系统作功是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。功的计算式：dx2、传热功与热量关系：本质不同，但在改变系统内能方面是等效的向系统传递热量是通过分子间

7、的微观相互作用来完成的；是系统外分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。是热运动能量的传递过程。注意：（1）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；（2）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才有意义。（内能才是状态量）（3）功和热量虽然等效，但本质不同。实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对系统作的功W’和对系统传递的热量Q的总和是一定的，与过程无关。即：E=W’+Q内能E是状态量，只与始、末态有关，Q、W是过程量。热力学第一定律系统从外界吸收的热量在数量上等于该

8、过中系统内能的增量及系统对外界作功的总和。（有限过程）（微小过程）热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。第一类永动机：E2-E1=0（循环）W>Q(或Q=0)§7—2热力学第一定律关于热力学第一定律应注意：（1）（E2-E1）、W、Q应取相同的单位；（2）式中各量可正可负，规定：