《大学物理教学课件1》第8章.ppt

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1、大学物理学第8章热力学基础本章主要内容：1、热力学第一定律：包括热现象在内的能量守恒定律。热力学第一定律在各种准静态过程中的应用。2、热力学第二定律：研究热力学过程进行的方向和条件。热力学是热学的宏观理论。通过观察和实验，总结出宏观定律，应用逻辑推导方法，建立热力学理论体系。研究对象:热力学系统——理想气体。研究任务：研究系统状态变化时，热、功转化的条件和规律。8.1热力学第一定律一、内能E当系统由一个状态变化到另一个状态时，内能的变化为：若系统经历一系列过程，又回到初始状态，这样的过程称为循环过程。在循环过

2、程中，内能的变化为二、功A在热力学中，伴随体积变化系统对外界所作的功称为体积功。它是系统与外界交换能量的一种方式。外界对系统做功或系统对外界做功，都可以改变系统的内能。若活塞向外有一微小移动dl时，缸内气体体积对外膨胀dV，汽缸内盛有某种气体，其压强为p，体积为V，活塞面积为S。则活塞受到的压力F=pS。则微过程中，缸内气体对外所作元功为设气体进行准静态膨胀过程，推动活塞对外作功。5、体积功的实质是有规则宏观运动与无规则热运动之间的能量转换。2、体积功是过程量。1、对于有限的准静态过程，功等于P-V图上过程曲

3、线下的面积。3、气体膨胀时，系统对外界做功。4、气体压缩时，外界对系统做功。1212说明三、热量Q1、热量的实质：实质：热力学系统与外界交换内能的量度。当系统和外界之间存在温差时，通过传热方式发生的能量传递。2、功与热量的异同：1）A和Q都是过程量：与过程有关。2）功效相同：改变系统的热运动状态的作用相同。功与热量的物理本质不同。外界机械能系统内能宏观位移转换外界内能分子间作用传递系统内能相同不同规定：系统从外界吸收热量时，；反之，。四、热力学第一定律1）Q、△E、A的符号的物理意义:Q>0，系统吸热；Q<0

4、，系统放热。△E>0，系统内能增加。△E<0，系统内能减少。A>0，系统对外界作功；A<0，外界对系统作功。系统在某一过程中从外界吸收的热量等于系统内能的增量与系统对外界作功之和。热力学第一定律系统吸热系统内能量增量系统对外作功说明积分形式微分形式2）热力学第一定律的另一种表述：第一类永动机是不可能制成的。第一类永动机：不需要任何动力和燃料，却能对外做功的机器。对有限准静态过程：对微小准静态过程：4）热力学第一定律是大量实验的结果，是能量守恒定律涉及热现象宏观过程中的具体表述。例题8-11mol单原子气体加热

5、后，吸热200cal，对外作功500J，求气体温度的变化。1mol单原子理想气体：解由热力学第一定律得：设气体可按理想气体处理，则8.2理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容一、等体过程1、特征：V=恒量；dV=03、等体过程的p-V图：2、过程方程：ⅡⅠ4、等体过程的功：对于准静态过程AV=0(dA)V=pdV=05、对理想气体，内能的增量6、气体从外界吸收的热量由热力学第一定律得式中m为气体的质量，M为气体的摩尔质量。故：由于所以：等体过程中，系统对外不作功，系统由外界吸收的热量全部用来增加其内能。12等体

6、降压21等体升压二、等压过程p=常量1、特征：：p=恒量dp=03、等压过程的p-V图:2、过程方程：4、等压过程中气体对外作的功：dA=pdV5、对理想气体，内能的增量：6、等压过程中理想气体从外界吸收的热量等压过程中，系统由外界吸收的热量一部分使内能增加，另一部分用于对外界做功。三、理想气体的摩尔定容热容和摩尔定压热容1）热容是物质的固有属性；2）热容是过程量；3）与温度有关（温度变化不大时可认为无关）。说明1、摩尔热容：1mol物质温度升高（降低）1K所吸收（放出）的热量。2、摩尔定容热容：单原子分子刚

7、性双原子分子CV质量为m，摩尔质量为M的理想气体在等体过程中温度由T1升高到T2时吸收的热量为适用于理想气体的一切过程。注意3、摩尔定压热容对于1mol理想气体，两边取微分，得：等压过程中所以因此单原子分子刚性双原子分子Cp1mol理想气体，温度升高1K，等压过程比在等容过程中多吸收8.31J的热量，用来转换为等压膨胀对外做的功。意义迈耶(Mayer)公式R—1mol理想气体在等压过程中温度变化1K所作的功。令则有：理想气体摩尔热容的理论值与实验值对比：（1）单原子和双原子分子理想气体的理论值和实验值的数值比

8、较接近；（2）对多原子分子来说，理论值和实验值相差很大，说明经典理论有缺陷，要由量子理论来解决。热容比与T无关解等压过程（将气体视作理想气体）例题8-2、气缸中有1m3的氮气(N2)，m=1.25kg，在标准大气压下缓慢加热，温度上升1K，求：膨胀时做的功A，ΔE，Q。8.3理想气体的等温过程和绝热过程一、等温过程1、特征：T=恒量，dT=03、等温过程的p-V图：恒温热源T122、过程方程：：dE