大学物理课件第Ⅵ章1

1、第六章第六章 热力学基础热力学基础尚尚 亮亮物理工程学院光电信息教研室物理工程学院光电信息教研室Telmail：热学：热学：研究与研究与热现象热现象有关的物理分支学科有关的物理分支学科物体与温度有关的物理性质及状态的变化物体与温度有关的物理性质及状态的变化研究方法：研究方法：v 热力学：热力学：以观察和实验为基础，从以观察和实验为基础，从能量转换的观点能量转换的观点研研究物质的热学性质和热现象的究物质的热学性质和热现象的宏观规律宏观规律描述物体描述物体宏观特性宏观特性的物理量包括温度、压强、体积、热容量等的物理量包括温度、压强、体积、热容量等q 热力学第一定律：由迈

2、耶、焦耳、亥姆霍兹等人建立热力学第一定律：由迈耶、焦耳、亥姆霍兹等人建立q 热力学第二定律：由卡诺、汤姆孙、克劳修斯等人建立热力学第二定律：由卡诺、汤姆孙、克劳修斯等人建立v 统计物理学：统计物理学：以物质微观结构和分子动理论为基础，以物质微观结构和分子动理论为基础，从从微观粒子的力学规律微观粒子的力学规律出发，应用出发，应用统计的观点统计的观点研究宏观研究宏观现象的现象的微观本质。微观本质。q 经典统计物理：由克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼、经典统计物理：由克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼、吉布斯等人在经典力学基础上建立（吉布斯等人在经典力学基础上建立（19世纪）世纪）q 量子统计物理：由狄拉克、

3、爱因斯坦、费米等人创立量子统计物理：由狄拉克、爱因斯坦、费米等人创立两者之间的关系：两者之间的关系： 热力学与统计物理学对于研究热力学系统的性质是热力学与统计物理学对于研究热力学系统的性质是等价的；等价的；热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质。热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质。描述描述微观粒子微观粒子特征的物理量包括质量、速度、能量、动量等特征的物理量包括质量、速度、能量、动量等第一节第一节 热力学的基本概念热力学的基本概念 热力学系统热力学系统是由是由大量微观粒子大量微观粒子（分子、原子、电子（分子、原子、电子等）组成的宏观物质体系，是热力学的研究对象等）组成的宏观物

4、质体系，是热力学的研究对象环境环境指指系统以外系统以外与系统相互作用着的一切物质与系统相互作用着的一切物质热力学系统热力学系统环环 境境能量能量物质物质根据系根据系统与外统与外界的关界的关系分类系分类密闭绝热容器中密闭绝热容器中气缸中的气体气缸中的气体生物体生物体v 平衡态平衡态在在没有外界影响没有外界影响的情况下，系统各部分的的情况下，系统各部分的宏观性质宏观性质在在长时间内不发生变化的状态。长时间内不发生变化的状态。2 说明：说明：没有外界影响指系统与外界没有能量和物质交换；没有外界影响指系统与外界没有能量和物质交换；平衡态是宏观概念，指热动平衡态；平衡态是宏观概念，指热动平衡态；平衡态系

5、统的状态参量平衡态系统的状态参量（P、V、T）具有确定值；具有确定值；平衡态是一种理想状态，一般是近似处理。平衡态是一种理想状态，一般是近似处理。v 热力学过程热力学过程 在外界环境影响下，热力学系统将从一个平衡态经历一在外界环境影响下，热力学系统将从一个平衡态经历一系列中间状态变化到另一个平衡态，这种状态变化的过系列中间状态变化到另一个平衡态，这种状态变化的过程即为热力学过程。程即为热力学过程。产生原因：产生原因：系统与外界的状态不同；差别越大，影响越强烈，系统与外界的状态不同；差别越大，影响越强烈，偏离平衡态越大，热力学过程进行越快偏离平衡态越大，热力学过程进行越快热力学过程进行非常缓慢时

6、，热力学过程进行非常缓慢时，使系统连续经过的每一个中使系统连续经过的每一个中间态都可以近似看作是平衡间态都可以近似看作是平衡态，则该过程为准静态过程态，则该过程为准静态过程v 准静态过程准静态过程实线：准静态实线：准静态虚线：非准静态虚线：非准静态实验表明：实验表明：一定质量的气体，对于温度一定质量的气体，对于温度T 、压强、压强P、体积、体积V三个参量，当任一个发生变化时，其它两个也将随之三个参量，当任一个发生变化时，其它两个也将随之变化，即三个参量之间存在一定的关系，其中一个参量变化，即三个参量之间存在一定的关系，其中一个参量是其余参量的函数，例如：是其余参量的函数，例如：状态方程状态方程

7、玻意耳定律玻意耳定律查理定律查理定律盖吕萨克定律盖吕萨克定律一定质量一定质量m的气体的气体摩尔气体常量摩尔气体常量 设理想气体的分子质量为设理想气体的分子质量为m0 , m 质量的理想气体含有的质量的理想气体含有的分子数为分子数为N ，则：，则：玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律n为分子数密度为分子数密度气缸内气体缓慢膨胀过程视为气缸内气体缓慢膨胀过程视为准静态过程准静态过程活塞缓慢移动活塞缓慢移动dl时，气体做功为：时，气体做功为：当气体由体积为当气体由体积为V1的状态变为体积为的状态变为体积为V2的状态时，的状态时，气体系统做功为：气体系统做功为： dV0时时, 气体系统

8、对外界做正功；气体系统对外界做正功； dV0时时, 气体系统对外界做负功。气体系统对外界做负功。内能：内能：热力学系统内与无规则热运动相关的能量的总和热力学系统内与无规则热运动相关的能量的总和内能内能分子间相互作用的势能（与分子间相互作用的势能（与V有关）有关）分子热运动的动能（与分子热运动的动能（与T有关）有关）内能是温度内能是温度T与体积与体积V的函数的函数& 理想气体分子间除碰撞外无其它相互作用，理想气体分子间除碰撞外无其它相互作用，故故不存在分子势能，内能只是温度不存在分子势能，内能只是温度T的函数的函数过程量过程量不仅与始终状态有关，还与中间过程有关不仅与始终状态有关，还与中

9、间过程有关的物理量，例如的物理量，例如功、热量功、热量状态量状态量仅与始终状态有关而与过程无关的物理量，仅与始终状态有关而与过程无关的物理量，例如例如内能内能热量：热量：由于存在温差而导致的系统与外界之间传递的能量由于存在温差而导致的系统与外界之间传递的能量热容：热容：物体温度每升高（降低）物体温度每升高（降低）1K所吸收（释放）的热量所吸收（释放）的热量比热容：比热容：单位质量的热容单位质量的热容比热容由物体的材料、温度和压强等参数决定比热容由物体的材料、温度和压强等参数决定固体、液体的比热随压强和体积变化很小，可固体、液体的比热随压强和体积变化很小，可用比热求解吸收（释放）的热量用比热求解

10、吸收（释放）的热量 气体的比热与气体的热膨胀有关系，在体积恒定与压气体的比热与气体的热膨胀有关系，在体积恒定与压强恒定时不同，故一般采用强恒定时不同，故一般采用定体积（容）的摩尔热容定体积（容）的摩尔热容或或定压强（压）的摩尔热容定压强（压）的摩尔热容来表示：来表示：q 体积不变时，一定质量的气体（体积不变时，一定质量的气体（n mol），温度由），温度由T1升升高到高到T2时，吸收的热量为：时，吸收的热量为：q 压强不变时，一定质量的气体（压强不变时，一定质量的气体（n mol），温度由），温度由T1升升高到高到T2时，吸收的热量为：时，吸收的热量为：比热比热容比容比系统内能的改变系统内能的改变做做 功功热传递热传递热传导热传导对流对流热辐射热辐射热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系热传导：热量从系统的一部分传到另一部分或由一个系统传到另一系统统