热力学系统的平衡态及状态方程习题课件.ppt

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1、第一章热力学系统的平衡态及状态方程1主要内容§1-1.物质结构的基本图像§1-2.热力学系统及其状态参量§1-3.平衡态的概念§1-4.温度与温标§1-5.状态方程的一般讨论§1-6.气体的状态方程2§1-1.物质结构的基本图像一.物质由分子、原子等微观粒子组成，微观粒子之间存在一定的空隙；二.物质分子处于永不停顿的无规则状态运动；分子运动论的基本概念:三.分子之间存在相互作用斥力引力(分子力与分子间距离的关系)一切宏观物体都是由大量分子组成的，分子都在永不停息地作无序热运动，分子之间有相互作用的分子力。3§1-2.热力学系统及其状态参量一.热力学系统的分类1.根据系统与外界的关系：开放系

2、统；封闭系统；孤立系统；绝热系统2.根据系统的组成成分：单元系统；多元系统3.根据系统组成的均匀性：单相系统；复相系统二.状态量与过程量用来确定系统状态的物理量,称为系统的状态(参)量。系统的状态参量：体积(V);压强(p);温度(T)电磁学基本物理量(如P、M)；如果物理量受到系统达到某一状态前的过程影响，(随不同过程而异)，则是过程量。如A，Q等4§1-3.平衡态的概念一.平衡态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。不受外界影响的系统必达到平衡(状)态；系统的宏观状态参量不随时间改变;系统内微观的热运动达到最无序的状态.二.平衡态的性质若两系

3、统发生热接触后能继续处于原来的平衡态而不发生变化,则称这两个系统处于热平衡.三.系统间的热平衡5一.热力学第零定律(温度相同的判定原则)设A系统和B系统、B系统和C系统分别热平衡，则A系统和C系统一定热平衡。宏观上：物体的冷热程度；微观上：反映物质内部分子运动剧烈程度；温度：§1-4.温度与温标与分子热运动的剧烈程度有关的物理量。二.温标温标：温度(高低的数值标定)的数值表示方法。温标的三要素：测温物质、测温属性、固定标准点6§1-5.状态方程的一般讨论一.状态方程的基本概念V,P,T是常见的描述系统宏观状态及性质的状态参量平衡态热力学系统状态参量之间的函数关系：—热力学系统状态方程,

4、简称状态方程态函数：可由独立变化的状态参量完全确定的状态参量或其他物理量.如p-V-T三维曲面,不便观察分析.通常投影成p-V图,p-T图，V-T图。一般是不独立的7二.描述物质状态变化性质的物理量根据测量的可行性，引入如下物理量描述热力学系统状态变化的基本性质.(1)体膨胀系数:(2)等温压缩系数:(3)等体压强系数:可以证明：中只有两个可以独立变化。即8一.理想气体理想模型，宏观特征：严格遵守Bolye定律、Charles定律、Gay-Lussac定律，且其压强温度系数和体膨胀系数严格相等。温度越高、压强越低，近似越好或：严格遵守Clapeyron方程的气体实际气体多数情况下可近似为理

5、想气体，§1-6.气体的状态方程9二.理想气体状态方程混合气体时：表观摩尔质量:气体系统处于平衡态时，可用P、V、T之间的函数关系表示，称为状态方程．压强不太大，温度不太低时，气体遵从理想气体状态方程(Clapeyron方程):10——Dalton分压定律混合气体的总压强等于各气体的分压强之和。即——混合气体总摩尔数理想气体状态方程另外，混合气体各组分具有相同的压强，依然成立。11=单位时间内大量气体分子对于单位面积器壁的冲量.气体的压强：是大量气体分子碰撞器壁的平均效果2.理想气体的压强公式压强公式推导:V系统:如图,一个质量m、速度为的分子与面元ds碰撞中给ds的冲量为vixdtxds

6、dt时间内分子对ds的冲量为dt时间内与面元ds相碰的速度为的分子数：Fdtpdsdtxds12令表示分子平均平动动能理想气体压强公式：检验:压强公式+速率分布律理想气体状态方程道尔顿分压定律：13（即气体分子平均动能与温度的关系）微观:温度只与气体分子的平均平动动能有关.或：温度表征物体内部分子无序运动的剧烈程度。是统计规律,只能用于大量分子构成的系统。温度相同而种类不同(不同)的理想气体分子都具有相同的平均平动动能.或3.温度的本质由理想气体状态方程，其压强可表为,与比较，得其中R=NAkB,n=νNA/V141、在一密闭容器中，储有A、B、C三种理想气体，处于平衡状态．

7、A种气体的分子数密度为n1，它产生的压强为p1，B种气体的分子数密度为2n1，C种气体的分子数密度为3n1，则混合气体的压强p为(A)3p1．(B)4p1．(C)5p1．(D)6p1．［］D152、两瓶不同种类的理想气体，它们的温度和压强都相同，但体积不同，则单位体积内的气体分子数n，单位体积内的气体分子的总平动动能(EK/V)，单位体积内的气体质量r，分别有如下关系：(A)n不同，(EK/V)不同，r不同．(B)n不同