热力学基础学习课件PPT电子教案

1、xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 雪花的形状与天空中的雪花的形状与天空中的雪花的形状与天空中的雪花的形状与天空中的雪花的形状与天空中的雪花的形状与天空中的温度温度温度温度温度温度有关有关有关有关有关有关 333 8 8 8 针状针状针状针状针状针状 888 25 25 25 六角形或扇形六角形或扇形六角形或扇形六角形或扇形六角形或扇形六角形或扇形 低于低于低于低于低于低于 30 30 30 凝成一簇一簇的棱柱，凝成一簇一簇的棱柱，凝成一簇一簇的棱柱，凝成一簇一簇的棱柱，凝成一簇一簇的棱柱，

2、凝成一簇一簇的棱柱， 几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。几个晶亮的棱柱聚在一起，就成为一朵美丽的雪花了。 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感知蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感知蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感知蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感知蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感

3、知蟒蛇的眼睛和鼻孔之间有能够感知温度变化温度变化温度变化温度变化温度变化温度变化的器官的器官的器官的器官的器官的器官 金属和碳金属和碳金属和碳金属和碳金属和碳金属和碳 温度升至温度升至温度升至温度升至温度升至温度升至 800 k800 k800 k 以上时以上时以上时以上时以上时以上时 可见光可见光可见光可见光可见光可见光 暗红暗红暗红暗红暗红暗红、赤红赤红赤红赤红赤红赤红、黄黄黄黄黄黄、白白白白白白、蓝白蓝白蓝白蓝白蓝白蓝白 本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：本章内容：7. 1 7. 1 7. 1 热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热学的

4、研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法 7. 2 7. 2 7. 2 平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态 理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程 7. 3 7. 3 7. 3 功功功功功功 热量热量热量热量热量热量 内能内能内能内能内能内能 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 7. 4 7. 4 7. 4 准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计

5、算 7. 5 7. 5 7. 5 理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和 c c cv v v 、 、c c c p p p 7. 6 7. 6 7. 6 热力学第一定律在典型准静态过程中热力学第一定律在典型准静态过程中热力学第一定律在典型准静态过程中热力学第一定律在典型准静态过程中热力学第一定律在典型准静态过程中热力学第一定律在典型准静态过程中 的应用的应用的应用的应用的应用的应用 7. 7 7. 7 7. 7 绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程 7. 8 7. 8 7. 8 循环过程循环过程循环过程循环过程循环过程循环

6、过程 7. 9 7. 9 7. 9 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律 7. 10 7. 10 7. 10 可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程可逆与不可逆过程 7. 117. 117. 11卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环 卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理卡诺定理 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.1 7.1 7.1 热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热

7、学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法热学的研究对象和研究方法 热学热学热学热学热学热学: : : : : :研究热现象的理论研究热现象的理论研究热现象的理论研究热现象的理论研究热现象的理论研究热现象的理论 宏观量宏观量宏观量宏观量宏观量宏观量 微观量微观量微观量微观量微观量微观量 描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；如温度、压如温度、压如温度、压如温度、压如温度、压如温度、压 强、体积、热容量、熵等。强、体积、热容量、熵等。强、体积、热容量、

8、熵等。强、体积、热容量、熵等。强、体积、热容量、熵等。强、体积、热容量、熵等。 描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、如质量、速度、如质量、速度、如质量、速度、如质量、速度、如质量、速度、 能量、动量等。能量、动量等。能量、动量等。能量、动量等。能量、动量等。能量、动量等。 宏观理论宏观理论宏观理论宏观理论宏观理论宏观理论（热力学）（热力学）（热力学）（热力学）（热力学）（热力学） 微观理论微观理论微观理论微观理论微观理论微观理论（统计物理学）（统计物理学）（统计

9、物理学）（统计物理学）（统计物理学）（统计物理学） 热力学验证统计物理学热力学验证统计物理学热力学验证统计物理学热力学验证统计物理学热力学验证统计物理学热力学验证统计物理学, , , , , ,统计物理学揭示热力学本质统计物理学揭示热力学本质统计物理学揭示热力学本质统计物理学揭示热力学本质统计物理学揭示热力学本质统计物理学揭示热力学本质 观察和实验观察和实验观察和实验观察和实验观察和实验观察和实验 力学规律力学规律力学规律力学规律力学规律力学规律, , , , , ,统计平均方法统计平均方法统计平均方法统计平均方法统计平均方法统计平均方法 热力学热力学热力学热力学热力学热力学统计物理学统计物理

10、学统计物理学统计物理学统计物理学统计物理学 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.2 7.2 7.2 平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态 理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程理想气体状态方程 uuu 热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统热力学系统 热力学所研究的具体对象热力学所研究的具体对象热力学所研究的具体对象热力学所研究的具体对象热力学所研究的具体对象热力学所研究的具体对象, , , , , ,简称系统。简称系统。简称系统。简

11、称系统。简称系统。简称系统。 系统是由大量分子组成系统是由大量分子组成系统是由大量分子组成系统是由大量分子组成系统是由大量分子组成系统是由大量分子组成, , , , , ,如如如如如如汽汽汽汽汽汽缸中的气体。缸中的气体。缸中的气体。缸中的气体。缸中的气体。缸中的气体。 7.2.1 7.2.1 7.2.1 气体的状态参量气体的状态参量气体的状态参量气体的状态参量气体的状态参量气体的状态参量 温度温度温度温度温度温度t t t 、压强、压强、压强、压强、压强、压强p p p、体积、体积、体积、体积、体积、体积v v v 温度温度温度温度温度温度是热力学所特有的是热力学所特有的是热力学所特有的是热力

12、学所特有的是热力学所特有的是热力学所特有的 热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标t t t（与测温物质无关）（与测温物质无关）（与测温物质无关）（与测温物质无关）（与测温物质无关）（与测温物质无关） )k(15.273)c( tt uuu 状态参量状态参量状态参量状态参量状态参量状态参量 )k(16.273 描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量描写系统运动状态的物理量 水的三相点水的三相点水的三相点水的三相点水的三相点水的三相点: : : : : : 温标温标温标温标温标温标单位：开尔文

13、单位：开尔文单位：开尔文单位：开尔文单位：开尔文单位：开尔文 （k k k k k k） 摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标摄氏温标 t t t xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.2.2 7.2.2 7.2.2 平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态平衡态 uuu宏观性质不变宏观性质不变宏观性质不变宏观性质不变宏观性质不变宏观性质不变uuu不受外界影响不受外界影响不受外界影响不受外界影响不受外界影响不受外界影响 在没有外界影响的情况下在没有外界影响的情况下在没有外界影响的情况下在没有外界

14、影响的情况下在没有外界影响的情况下在没有外界影响的情况下, , , , , ,系统各部分的宏观系统各部分的宏观系统各部分的宏观系统各部分的宏观系统各部分的宏观系统各部分的宏观 性质在长时间内不发生变化的状态。性质在长时间内不发生变化的状态。性质在长时间内不发生变化的状态。性质在长时间内不发生变化的状态。性质在长时间内不发生变化的状态。性质在长时间内不发生变化的状态。 rrr说明说明说明说明说明说明 (1) (1) (1) 不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外界没有不受外界影响是指系统与外

15、界没有能量能量能量能量能量能量和和和和和和粒子粒子粒子粒子粒子粒子交换。交换。交换。交换。交换。交换。 如：如：如：如：如：如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒两头处于冰水、沸水中的金属棒两头处于冰水、沸水中的金属棒两头处于冰水、沸水中的金属棒两头处于冰水、沸水中的金属棒两头处于冰水、沸水中的金属棒 是一种稳定态是一种稳定态是一种稳定态是一种稳定态是一种稳定态是一种稳定态, , , , , ,而不是平衡态；而不是平衡态；而不是平衡态；而不是平衡态；而不是平衡态；而不是平衡态； 处于重力场中气体系统的粒子数密处于重力场中气体系统的粒子数密处于重力场中气体系统的粒子数密处于重力场中气体系统的粒子数密

16、处于重力场中气体系统的粒子数密处于重力场中气体系统的粒子数密 度随高度变化度随高度变化度随高度变化度随高度变化度随高度变化度随高度变化, , , , , ,但它是平衡态。但它是平衡态。但它是平衡态。但它是平衡态。但它是平衡态。但它是平衡态。 低温低温低温低温低温低温t t t t t t2 2 2 2 2 2 高温高温高温高温高温高温t t t t t t 1 1 1 1 1 1 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university (3) (3) (3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组平衡态的气体系统宏观量

17、可用一组平衡态的气体系统宏观量可用一组平衡态的气体系统宏观量可用一组平衡态的气体系统宏观量可用一组平衡态的气体系统宏观量可用一组 确定的值确定的值确定的值确定的值确定的值确定的值 ( ( ( p p p, , , v v v, , , t t t ) ) ) 表示。表示。表示。表示。表示。表示。 (4) (4) (4) 平衡态是一种理想状态。平衡态是一种理想状态。平衡态是一种理想状态。平衡态是一种理想状态。平衡态是一种理想状态。平衡态是一种理想状态。 (2) (2) (2) 平衡是热动平衡。平衡是热动平衡。平衡是热动平衡。平衡是热动平衡。平衡是热动平衡。平衡是热动平衡。 7.2.3 7.2.3

18、 7.2.3 理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程 气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程气体的状态方程 ),(vpft rtpv rt m m pv i i mm i i m m 其中其中其中其中其中其中 理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程理想气体的状态方程 （克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程） 混合气体的理想气体的状态方程混合气体的理想气体的状态方程混合气体的理想气体的状态

19、方程混合气体的理想气体的状态方程混合气体的理想气体的状态方程混合气体的理想气体的状态方程 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university (1) (1) (1) 理理理理理理想气体的宏观定义。想气体的宏观定义。想气体的宏观定义。想气体的宏观定义。想气体的宏观定义。想气体的宏观定义。 (3) (3) (3) 实际气体在压强不太高实际气体在压强不太高实际气体在压强不太高实际气体在压强不太高实际气体在压强不太高实际气体在压强不太高, , , , , ,温度不太低的条件温度不太低的条件温度不太低的条件温度不太低

20、的条件温度不太低的条件温度不太低的条件 下下下下下下, , , 可当作理想气体处理。可当作理想气体处理。可当作理想气体处理。可当作理想气体处理。可当作理想气体处理。可当作理想气体处理。 rrr说明说明说明说明说明说明 (2) (2) (2) 状态方程只与状态有关状态方程只与状态有关状态方程只与状态有关状态方程只与状态有关状态方程只与状态有关状态方程只与状态有关, , , 与过程无关。与过程无关。与过程无关。与过程无关。与过程无关。与过程无关。 (4)(4)(4) 系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在系统的一个平衡态可在 ( ( (

21、 p p p, , , v v v ) ) ) 上可用一上可用一上可用一上可用一上可用一上可用一 个点表示。个点表示。个点表示。个点表示。个点表示。个点表示。 )( 11 ,vp p v o xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.3 7.3 7.3 功功功功功功 热量热量热量热量热量热量 内能内能内能内能内能内能 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 7.3.17.3.17.3.1 功功功功功功 热量热量热量热量热量热量 内能内能内能内能内能

22、内能 1. 1. 1. 功与内能的关系功与内能的关系功与内能的关系功与内能的关系功与内能的关系功与内能的关系 对系统作绝热功：对系统作绝热功：对系统作绝热功：对系统作绝热功：对系统作绝热功：对系统作绝热功： 结论：结论：结论：结论：结论：结论：若初末态一定若初末态一定若初末态一定若初末态一定若初末态一定若初末态一定, , , , , ,则则则则则则 绝热功相同。绝热功相同。绝热功相同。绝热功相同。绝热功相同。绝热功相同。 1 1 1 2 2 2 内能内能内能内能内能内能: : : : : :系统中存在一种与热运动状系统中存在一种与热运动状系统中存在一种与热运动状系统中存在一种与热运动状系统中存

23、在一种与热运动状系统中存在一种与热运动状 态相关的能量态相关的能量态相关的能量态相关的能量态相关的能量态相关的能量内能。内能。内能。内能。内能。内能。 q12 aee)( 内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数内能是系统状态的函数 q a xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 2. 2. 2. 热量与内能的关系热量与内能的关系热量与内能的关系热量与内能的关系热量与内能的关系热量与内能的关系 t t t )( 12v eeq 传递热量

24、亦可以改变热传递热量亦可以改变热传递热量亦可以改变热传递热量亦可以改变热传递热量亦可以改变热传递热量亦可以改变热 力学系统的状态力学系统的状态力学系统的状态力学系统的状态力学系统的状态力学系统的状态 热量是物体之间存在温差热量是物体之间存在温差热量是物体之间存在温差热量是物体之间存在温差热量是物体之间存在温差热量是物体之间存在温差 时传递的内能时传递的内能时传递的内能时传递的内能时传递的内能时传递的内能 (1)(1)(1) 内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数，内能是系统状态的单值函数， e e e=

25、= =e e e（状态）（状态）（状态）（状态）（状态）（状态）, , , 是状态量。是状态量。是状态量。是状态量。是状态量。是状态量。 (2) (2) (2) 功和热量是过程量功和热量是过程量功和热量是过程量功和热量是过程量功和热量是过程量功和热量是过程量, , , 不属于任何系统。不属于任何系统。不属于任何系统。不属于任何系统。不属于任何系统。不属于任何系统。 (3) (3) (3) 功和热量的比较。功和热量的比较。功和热量的比较。功和热量的比较。功和热量的比较。功和热量的比较。 1 1 12 2 21 1 1 2 2 2 1 1 12 2 2 rrr说明说明说明说明说明说明 xianxi

26、anxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.3.2 7.3.2 7.3.2 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 外界与系统之间不仅作功外界与系统之间不仅作功外界与系统之间不仅作功外界与系统之间不仅作功外界与系统之间不仅作功外界与系统之间不仅作功, , , 而且而且而且而且而且而且传递热量传递热量传递热量传递热量传递热量传递热量, , , 则有则有则有则有则有则有 系统从外界吸收的热量系统从外界吸收的热量系统从外界吸收的热量系统从外界吸收的热量系统从外界吸收的

27、热量系统从外界吸收的热量, , , , , ,一部分使其内能增加一部分使其内能增加一部分使其内能增加一部分使其内能增加一部分使其内能增加一部分使其内能增加, , , , , ,另一部分另一部分另一部分另一部分另一部分另一部分 则用以对外界作功。则用以对外界作功。则用以对外界作功。则用以对外界作功。则用以对外界作功。则用以对外界作功。( ( ( ( ( ( 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律) ) ) ) ) ) aeeq）（ 12 系统吸热系统吸热系统吸热系统吸热系统吸热系统吸热 ： 0a 系统对外作功系统对外作功系统对外作功系统对外作功系统对

28、外作功系统对外作功 ： ；外界对系统作功；外界对系统作功；外界对系统作功；外界对系统作功；外界对系统作功；外界对系统作功 ： 0a 0q ；系统放热；系统放热；系统放热；系统放热；系统放热；系统放热 ：0q 对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程, , , , , ,热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为热力学第一定律可表示为 aeqddd xianxianxian jaotong university jaotong

29、 university jaotong university (2)(2)(2) 第一类永动机第一类永动机第一类永动机第一类永动机第一类永动机第一类永动机是不可能实现的是不可能实现的是不可能实现的是不可能实现的是不可能实现的是不可能实现的, , , , , ,这是热力学第这是热力学第这是热力学第这是热力学第这是热力学第这是热力学第 一定律的另一种表述形式。一定律的另一种表述形式。一定律的另一种表述形式。一定律的另一种表述形式。一定律的另一种表述形式。一定律的另一种表述形式。 (1)(1)(1)(1)(1)(1)热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的热力

30、学第一定律实际上就是包含热现象在内的热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的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。能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律。能量守恒与转换定律。 rrr说明说明说明说明说明说明 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.4 7.4 7.4 准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量的计算准静态过程中功和热量

31、的计算准静态过程中功和热量的计算 7.4.17.4.17.4.1 准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程 系统从某状态开始经历一系列的中系统从某状态开始经历一系列的中系统从某状态开始经历一系列的中系统从某状态开始经历一系列的中系统从某状态开始经历一系列的中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。间状态到达另一状态的过程。间状态到达另一状态的过程。间状态到达另一状态的过程。间状态到达另一状态的过程。间状态到达另一状态的过程。 1. 1. 1. 热力学过程热力学过程热力学过程热力学过程热力学过程热力学过程: : : 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2

32、 2 2. 2. 2. 准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程: : : 在过程进行的每一时刻 在过程进行的每一时刻在过程进行的每一时刻在过程进行的每一时刻在过程进行的每一时刻在过程进行的每一时刻, , , , , ,系统都无限系统都无限系统都无限系统都无限系统都无限系统都无限 地接近平衡态。地接近平衡态。地接近平衡态。地接近平衡态。地接近平衡态。地接近平衡态。 无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程无限缓慢进行的过程是准静态过程, , , , , , 准静态过

33、程是理想过程准静态过程是理想过程准静态过程是理想过程准静态过程是理想过程准静态过程是理想过程准静态过程是理想过程 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上 可用一条曲线表示可用一条曲线表示可用一条曲线表示可用一条曲线表示可用一条曲线表示可用一条曲线表示, , , 如图如图如图如图如图如图. . . . . . 过程进行时间过程进行时间过程进行时间过程进行时间过程进行时间过程进行

34、时间 t t t 弛豫时间弛豫时间弛豫时间弛豫时间弛豫时间弛豫时间 例如实际汽缸的压缩过程例如实际汽缸的压缩过程例如实际汽缸的压缩过程例如实际汽缸的压缩过程例如实际汽缸的压缩过程例如实际汽缸的压缩过程 = = = 101010 - - -3 3 3 10 10 10 -2 -2-2 s s s 4. 4. 4. 实际过程的处理实际过程的处理实际过程的处理实际过程的处理实际过程的处理实际过程的处理准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程 v p o 3. 3. 3. 准静态过程的特点：准静态过程的特点：准静态过程的特点：准静态过程的特点：准静态过程的特点：准静态过程的特点：可

35、用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。可用状态参量的变化描述过程。 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university vplpslfadddd 2 1 v v vpad 热热热热热热力学第一定律可表示为力学第一定律可表示为力学第一定律可表示为力学第一定律可表示为力学第一定律可表示为力学第一定律可表示为 2 1 v v vpeeqd)( 12 vpeqddd o o o v v v p p p 功是一个过程量

36、功是一个过程量功是一个过程量功是一个过程量功是一个过程量功是一个过程量, , , 见图见图见图见图见图见图 1 v 2 v 1 1 1 2 2 2 7.4.27.4.27.4.2 准静态过程中功的计算准静态过程中功的计算准静态过程中功的计算准静态过程中功的计算准静态过程中功的计算准静态过程中功的计算 s s s l d p v v v1 1 1v v v2 2 2 适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程适合于任何的准静态过程 xianxianxian jaotong university jaotong universit

37、y jaotong university 7.4.37.4.37.4.3 准静态过程中热量的计算准静态过程中热量的计算准静态过程中热量的计算准静态过程中热量的计算准静态过程中热量的计算准静态过程中热量的计算 热容热容热容热容热容热容 比热容比热容比热容比热容比热容比热容 摩尔热容摩尔热容摩尔热容摩尔热容摩尔热容摩尔热容 rrr 注意注意注意注意注意注意: : : 1. 1. 1. 摩尔热容：摩尔热容：摩尔热容：摩尔热容：摩尔热容：摩尔热容： )( 12 ttmcqtmcq tcq t q c t 0 lim 1 摩尔热容是摩尔热容是摩尔热容是摩尔热容是摩尔热容是摩尔热容是过程量与具体过程有关过

38、程量与具体过程有关过程量与具体过程有关过程量与具体过程有关过程量与具体过程有关过程量与具体过程有关. . . 例例例例例例: : : : : :绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程绝热过程、等温过程 2. 2. 2. 定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容 c c cv v v 和定压摩尔热容和定压摩尔热容和定压摩尔热容和定压摩尔热容和定压摩尔热容和定压摩尔热容 c c c p p p uuu 定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容定容摩尔热容 c c cv v vvpeqddd xi

39、anxianxian jaotong university jaotong university jaotong university t vpe c t p 0 lim p p t v p t e ) d d () d d ( uuu定压摩尔热容定压摩尔热容定压摩尔热容定压摩尔热容定压摩尔热容定压摩尔热容 c c c p p p 3. 3. 3. 热量计算热量计算热量计算热量计算热量计算热量计算 2 1 d t t x tcq （一般情况下（一般情况下（一般情况下（一般情况下（一般情况下（一般情况下 c c c x x x 是温度的函数） 是温度的函数）是温度的函数）是温度的函数）是温度的函

40、数）是温度的函数） 若若若若若若 c c c x x x 与温度无关与温度无关与温度无关与温度无关与温度无关与温度无关, , , 则则则则则则 tcq xd d )( 12 ttcq x v v t v t v t e t e t q c) d d ()(lim)(lim 00 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.5 7.5 7.5 理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和理想气体的内能和c c cv v v , , , c c c p p p 7

41、.5.1 7.5.1 7.5.1 理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能理想气体的内能 1. 1. 1. 实验装置实验装置实验装置实验装置实验装置实验装置: : : 膨胀前后温度计膨胀前后温度计膨胀前后温度计膨胀前后温度计膨胀前后温度计膨胀前后温度计 的读数未变的读数未变的读数未变的读数未变的读数未变的读数未变 内能是状态的函数内能是状态的函数内能是状态的函数内能是状态的函数内能是状态的函数内能是状态的函数, , , 函数的具体形式怎样？函数的具体形式怎样？函数的具体形式怎样？函数的具体形式怎样？函数的具体形式怎样？函数的具体形式怎样？ e e e ( ( (气

42、体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量) ) ) 焦耳实验焦耳实验焦耳实验焦耳实验焦耳实验焦耳实验（英国物理学家焦耳在（英国物理学家焦耳在（英国物理学家焦耳在（英国物理学家焦耳在（英国物理学家焦耳在（英国物理学家焦耳在184518451845年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题）年通过试验研究了这个问题） 2. 2. 2.实验结果：实验结果：实验结果：实验结果：实验结果：实验结果： 温度一样温度一样温度一样温度一样温度一样温度一样 3. 3. 3.分析：分析：分析：分析：

43、分析：分析： 0q 0a 气体自由膨气体自由膨气体自由膨气体自由膨气体自由膨气体自由膨 胀过程中胀过程中胀过程中胀过程中胀过程中胀过程中 12 ee aeeq）（ 12 )(tee理想气体理想气体理想气体理想气体理想气体理想气体 焦耳焦耳焦耳焦耳焦耳焦耳 定律定律定律定律定律定律 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university rrr明说明说明说明说明说明说 (1) (1) (1) 焦耳实验室是在焦耳实验室是在焦耳实验室是在焦耳实验室是在焦耳实验室是在焦耳实验室是在184518451845年完成的年完成

44、的年完成的年完成的年完成的年完成的. . . 温度计精度为温度计精度为温度计精度为温度计精度为温度计精度为温度计精度为: 0.01 : 0.01 : 0.01 。 水的热容比气体热容大的多水的热容比气体热容大的多水的热容比气体热容大的多水的热容比气体热容大的多水的热容比气体热容大的多水的热容比气体热容大的多, , , 因而水的温度可能有变因而水的温度可能有变因而水的温度可能有变因而水的温度可能有变因而水的温度可能有变因而水的温度可能有变 化化化化化化, , , 由于温度计精度不够而未能测出。由于温度计精度不够而未能测出。由于温度计精度不够而未能测出。由于温度计精度不够而未能测出。由于温度计精度

45、不够而未能测出。由于温度计精度不够而未能测出。 (4)(4)(4)目前温度计目前温度计目前温度计目前温度计目前温度计目前温度计（铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻铂电阻）的精度可达到万分之一的精度可达到万分之一的精度可达到万分之一的精度可达到万分之一的精度可达到万分之一的精度可达到万分之一的变化。的变化。的变化。的变化。的变化。的变化。 通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳通过改进实验或其它实验方法（焦耳汤姆孙实验）汤姆孙实验）汤姆孙实验）汤姆孙实验）汤姆孙实验）汤姆孙实验）

46、 证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。证实仅理想气体有上述结论。 (2) (2) (2) 真实气体的内能与体积有关的微观解释：真实气体的内能与体积有关的微观解释：真实气体的内能与体积有关的微观解释：真实气体的内能与体积有关的微观解释：真实气体的内能与体积有关的微观解释：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，由于分子间存在相互作用力，由于分子间存在相互作用力，由于分子间存在相互作用力，由于分子间存在相互作用力，由于分子间存在相互作用力， 存在有相互作用势能。存在有相互作用势能。

47、存在有相互作用势能。存在有相互作用势能。存在有相互作用势能。存在有相互作用势能。 绝热系统绝热系统绝热系统绝热系统绝热系统绝热系统, , , 气体自由膨胀气体自由膨胀气体自由膨胀气体自由膨胀气体自由膨胀气体自由膨胀 气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？气体温度升高？下降？ (3)(3)(3)焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。焦耳自由膨胀实验是非准静态过程。 o r p e xianxianxian jaot

48、ong university jaotong university jaotong university p 根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律根据热力学第一定律, , , 有有有有有有 解解解解解解 因为初、末两态是平衡态因为初、末两态是平衡态因为初、末两态是平衡态因为初、末两态是平衡态因为初、末两态是平衡态因为初、末两态是平衡态, , , 所以有所以有所以有所以有所以有所以有 2 0 1 00 )2( t pv t vp 0q 0a 0e 21 tt 2 0 p p 如图如图如图如图如图如图, , , 一绝热密封容器一绝热密封容器一绝

49、热密封容器一绝热密封容器一绝热密封容器一绝热密封容器, , , 体积为体积为体积为体积为体积为体积为v v v 0 0 0 , , , 中间用隔板分成相中间用隔板分成相中间用隔板分成相中间用隔板分成相中间用隔板分成相中间用隔板分成相 等的两部分等的两部分等的两部分等的两部分等的两部分等的两部分. . . 左边盛有一定量的氧气左边盛有一定量的氧气左边盛有一定量的氧气左边盛有一定量的氧气左边盛有一定量的氧气左边盛有一定量的氧气, , , 压强为压强为压强为压强为压强为压强为 p p p 0 0 0 , , , 右边右边右边右边右边右边 一半为真空。一半为真空。一半为真空。一半为真空。一半为真空。一

50、半为真空。 0 p 例例例例例例 求求求求求求把中间隔板抽去后 把中间隔板抽去后把中间隔板抽去后把中间隔板抽去后把中间隔板抽去后把中间隔板抽去后, , , 达到新平衡时气体的压强达到新平衡时气体的压强达到新平衡时气体的压强达到新平衡时气体的压强达到新平衡时气体的压强达到新平衡时气体的压强 绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程绝热过程 自由膨胀过程自由膨胀过程自由膨胀过程自由膨胀过程自由膨胀过程自由膨胀过程 xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.5.2 7.5.2 7.5.2 理想气体的

51、摩尔热容理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容理想气体的摩尔热容c c cv v v 、 、c c cp p p 和内能的计算 和内能的计算和内能的计算和内能的计算和内能的计算和内能的计算 1. 1. 1. 定容摩尔热容和定压摩尔热容定容摩尔热容和定压摩尔热容定容摩尔热容和定压摩尔热容定容摩尔热容和定压摩尔热容定容摩尔热容和定压摩尔热容定容摩尔热容和定压摩尔热容( ( (c c cv v v , , , c c cp p p ) ) ) e = e e = e e = e ( ( (气体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量气体状态参量) =

52、) =) = e e e ( ( ( t t t ) ) ) t e t e c vv d d ) d d ( p t v p t e c p ) d d () d d ( pv t v pc) d d ( trvpdd 压强不变时压强不变时压强不变时压强不变时压强不变时压强不变时, , , 将状态方程两边对将状态方程两边对将状态方程两边对将状态方程两边对将状态方程两边对将状态方程两边对t t t 求导求导求导求导求导求导, , , 有有有有有有 r t v p p ) d d ( rcc vp 1/ v cc p 迈耶公式迈耶公式迈耶公式迈耶公式迈耶公式迈耶公式 比热容比比热容比比热容比比热

53、容比比热容比比热容比 为什么？为什么？为什么？为什么？为什么？为什么？ c c cp p p c c cv v v xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 2. 2. 2. 理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体内能的计算理想气体内能的计算 tce v dd 2 1 d 12 t t v tcee 单原子分子单原子分子单原子分子单原子分子单原子分子单原子分子 3/5, 2 3 rcv 双原子刚性分子双原子刚性分子双原子刚性分子双原子刚性分子双原子刚性分子

54、双原子刚性分子 5/7, 2 5 rcv 多原子刚性分子多原子刚性分子多原子刚性分子多原子刚性分子多原子刚性分子多原子刚性分子 3/4,3rc v xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university 7.6 7.6 7.6 热力学第一定律对理想气体在典热力学第一定律对理想气体在典热力学第一定律对理想气体在典热力学第一定律对理想气体在典热力学第一定律对理想气体在典热力学第一定律对理想气体在典 型准静态过程中的应用型准静态过程中的应用型准静态过程中的应用型准静态过程中的应用型准静态过程中的应用型准静态过程中的应

55、用 rrr 结论结论结论结论结论结论 1. 1. 1. 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 vpeqddd 2. 2. 2. 焦耳定律焦耳定律焦耳定律焦耳定律焦耳定律焦耳定律 3. 3. 3. 状态方程状态方程状态方程状态方程状态方程状态方程 + + + + + + 具体过程具体过程具体过程具体过程具体过程具体过程 tce v dd rtpv )(tee 7.6.1 7.6.1 7.6.1 等体过程等体过程等体过程等体过程等体过程等体过程 cv uuu等体过程方程等体过程方程等体过程方程等体过程方程等体过程方程等体过程方程 0dv xianxi

56、anxian jaotong university jaotong university jaotong university uuu吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量 2 1 d t t v tcq)( 12 ttcv uuu内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量 2 1 d t t v tce)( 12 ttcv 1 p 1 t 2 t2 p o o o v v v p p p v v v1 1 1 等体过程中气体等体过程中气体等体过程中气体等体过程中气体等体过程中气体等体过程中气体吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量

57、, , , , , ,全部用全部用全部用全部用全部用全部用 来增加它的内能来增加它的内能来增加它的内能来增加它的内能来增加它的内能来增加它的内能, , , , , ,使其温度上升。使其温度上升。使其温度上升。使其温度上升。使其温度上升。使其温度上升。 7.6.2 7.6.2 7.6.2 等压过程等压过程等压过程等压过程等压过程等压过程 uuu等压过程方程等压过程方程等压过程方程等压过程方程等压过程方程等压过程方程cp 1 v 2 v 1 t 2 t o o o v v v p p p 1 p )( 12 ttr uuu功功功功功功 )(d 12 vvpvpa 2 1 v v uuu功功功功功功

58、 0a xianxianxian jaotong university jaotong university jaotong university )( 12 ttc p uuu吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量 2 1 d t t p tcq uuu内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量 2 1 )(d 12 t t vv ttctce 等压过程吸收的热量等压过程吸收的热量等压过程吸收的热量等压过程吸收的热量等压过程吸收的热量等压过程吸收的热量, , , , , ,一部分用来对外作功一部分用来对外作功一部分用来对外作功一部分用来对外作功一部分用

59、来对外作功一部分用来对外作功, , , , , ,其余其余其余其余其余其余 部分则用来增加其内能。部分则用来增加其内能。部分则用来增加其内能。部分则用来增加其内能。部分则用来增加其内能。部分则用来增加其内能。 恒恒恒恒恒恒 温温温温温温 热热热热热热 源源源源源源 s s s p l l l 7.6.3 7.6.3 7.6.3 等温过程等温过程等温过程等温过程等温过程等温过程 s s s v v v1 1 1v v v2 2 2 cpv uuu等温过程方程等温过程方程等温过程方程等温过程方程等温过程方程等温过程方程 uuu内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量内能的增量 0e xi

60、anxianxian jaotong university jaotong university jaotong university uuu功功功功功功 2 1 2 1 v v v v v v rt vpadd 1 2 ln v v rt 2 1 ln p p rt 2 1 1 2 lnln p p rt v v rtaq uuu吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量吸收的热量 在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中在等温膨胀过程中, , , , , ,理想气体吸收的热量全部用理想气体吸收的热量全部用理想气体吸收的热量全部用理想气体吸收的