大学物理热力学基础.ppt

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1、开尔文克劳修斯热力学基础第七章卡诺热力学从能量观点出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是宏观理论。分子运动论从牛顿力学出发，采用统计方法说明压强、温度和内能的物理本质。是微观理论。7-1内能功和热量准静态过程一、内能功和热量实际气体内能：所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。理想气体内能是状态量,是状态参量T的单值函数。是状态参量T、V的单值函数。结论：内能是状态量，内能增量只决定于系统的初态与终态，而与过程无关。电源R作功增加物体内能传递热量也可增加物体内能系统内能改变的两种方式1

2、、做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）功是过程量2、热量传递可以改变系统的内能热量是过程量使系统的状态改变，传热和作功是等效的。宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3、功与热量的物理本质不同.转换传递二、准静态过程气体砂堆准静态过程P-V图上一个点表示一个平衡态；一条曲线表示一个准静态过程。系统所经历的中间态都无限接近于平衡态。准静态过程是一种理想的极限。砂堆气体活塞将砂粒一颗颗地缓慢拿走，气体状态随之缓慢变化，每一时刻均为平衡态,有确定的（PiViTi）三、准静态过程的

3、功和热量当活塞移动微小位移dl时，系统对外界所作的元功为：系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：1、体积功的计算系统对外作正功；系统对外作负功；系统不作功。功与过程的路径有关——功是过程量。PABV02、体积功的图示由积分意义可知，功的大小等于p—V图上过程曲线p(V)下的面积。不同曲线所围面积不同准静态过程中热量的计算Cm(摩尔热容)：1mol物质升高1K所吸收的热量1、热容法2、利用热力学第一定律7－2热力学第一定律法卡诺，工程师，第一个把热与功联系起来。（34岁）迈耶，医生，第一个作出热

4、功当量的定量计算。（28岁）德焦耳，工业管理家，精确求出热功当量的关系。（25岁）英赫姆霍兹，生理学家。多方面论证了能量转化和守恒定律。（32岁）德一、热力学第一定律（1942年迈耶提出）内能增量系统对外作功对于元过程：P、V、T包括热现象的能量守恒第一类永动机不可能实现。系统吸收的热量得到的=留下的+付出的对于准静态过程：永动机的设想图第一类永动机：不需要消耗外界提供的能量而不断对外作功的热机。违反热力学第一定律。热力学第一定律的普遍形式+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做

5、功第一定律的符号规定二、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用1.等体过程T2T1pV0ab等体过程中，外界传给气体的热量全部用来增加气体的内能，系统对外不作功。依据：前提：（1）特征：dV=0∴dA=0（2）计算：2.等压过程12p21OVVV等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，一部分用来对外做功。（1）特征：p=恒量dP=0（2）计算：3.等温过程pVp1p2III..OV2V1等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外做功，系统内能保持不变。（1）特征：T=恒量，dT=0∴dE=0

6、（2）计算：一定量的理想气体经历acb过程时吸热500J,则经历acbda过程时吸热为?P(×105Pa)V(×10-3m3)０abc1414de(A)-1200J(B)700J(C)-700J(D)1000J√思路:分别计算A与Q。（1）ab等温，（2）ac等容，然后cb等压，例：有1mol理想气体P(atm)V(l)０abc22.444.812解：表示升高1K所吸收的热量热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量（C）摩尔热容量：1mol物质的热容量（

7、Cm）7-3气体的摩尔热容量一、热容与摩尔热容的定义：1mol物质温度升高1K时所吸收的热量。单位质量的热容量叫比热容。1、理想气体的定容摩尔热容：微分形式：任何过程二、理想气体的摩尔热容量理想气体单原子理想气体双原子理想气体多原子理想气体理想气体的内能2、理想气体的定压摩尔热容：(迈耶公式)说明：在等压过程中，1mol理想气体，温度升高1K时，要比其在等体过程中多吸收8.31Ｊ的热量，用于膨胀时对外作功。定压摩尔热容等压过程，1摩尔物质温度升高1K时所吸收的热量等容过程，1摩尔物质温度升高1K时所

8、吸收的热量定容摩尔热容3、比热容比理想气体的热容与温度无关。这一结论在低温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。（绝热系数）7-4绝热过程一、特征：在任意微过程中dQ=0二、绝热过程的功：无论过程是准静态的还是非准静态的对外作功以减少内能为代价1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程对其微分得:联立（1）（2）得：理想气体状态方程(1)(2)将与联立得:说明：(3)、(4)、(5)式称为绝热方程特别强调:三个恒量互不相干.（泊松公式）绝热线比等温线陡(1)、等温：A