大学物理第九章课程课件

第九章热力学基础第九章热力学基础热学热力学分子动理论从现象中找规律透过现象追本质宏观规律微观机制第9章

热力学基础热力学理论基础:热力学第一定律热力学第二定律（热力学第零定律）§9-1

状态参量平衡态准静态过程一、气体的状态参量状态参量

(statusparameter)：描述气体宏观状态的物理量。体积(volume)V：气体分子活动所能达到的空间。国际单位：米3（m3）注：（1）当气体分子大小不计时，气体体积等于容器的容积。（2）标准状况下（1atm，0oC），1mol理想气体的体积为22.4×10-3m3/mol。2.压强(pressure)

p：

垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力。国际单位：Pa(帕斯卡)Pa=N·m-21标准大气压=1.01325×105Pa注：p是大量气体分子碰撞的结果。3.温度(temperature)

T：宏观：表征系统冷热程度的物理量。微观：与分子无规则热运动的剧烈程度有关。温度的数值表示法——温标。摄氏温标（t）：单位：

℃，热力学(开氏)温标（T）：单位：K热学热力学分子动理论从现象中找规律透过现象追本质宏观规律微观注：冰点为0oC，水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16K，绝对零度T=0K。4.热力学第零定律——测温原理热平衡(thermalequilibrium)：

两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热平衡状态。热力学第零定律(Zerothlawofthermodynamics)：

在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。ABCABC2.压强(pressure)

p：

垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力。国际单位：Pa(帕斯卡)Pa=N·m-21标准大气压=1.01325×105Pa注：p是大量气体分子碰撞的结果。3.温度(temperature)

T：宏观：表征系统冷热程度的物理量。微观：与分子无规则热运动的剧烈程度有关。温度的数值表示法——温标。摄氏温标（t）：单位

℃热力学(开氏)温标（T）：单位K摄氏温标和开氏温标的关系：t=T-273.15注：冰点为0oC，水三相点(气态、液态、固态的共存状态)27热力学第零定律(Zerothlawofthermodynamics)：

在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。ABCABC二、平衡态(equilibriumstatus)在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。宏观：系统各部分的温度、压强相同。微观：分子无规则热运动的平均效果不变。——热动平衡三、准静态过程热力学过程(thermodynamicprocess)：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。——实际过程的中间态为非平衡态。2.准静态过程(approximatestaticprocess)：

状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。——平衡过程——理想过程！热力学第零定律ABCABC二、平衡态(equilibrium三、准静态过程热力学过程(thermodynamicprocess)：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。——实际过程的中间态为非平衡态。2.准静态过程(approximatestaticprocess)：

状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。——平衡过程——理想过程！准静态过程的过程曲线可以用p-V图来描述，图上的每一点分别表示系统的一个平衡态。(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVO§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、理想气体(ideagas)：

在任何情况下都严格遵守“玻-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。二、理想气体的状态方程(statusequationofideagas)：玻意尔定律表明：对于一定质量的气体pV的乘积只决定于温度且与温度成正比：取水的三相点为参考状态（p3，V3，T3）其中三、准静态过程热力学过程(thermodynamicpr§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、理想气体(ideagas)：

在任何情况下都严格遵守“玻-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。二、理想气体的状态方程(statusequationofideagas)：玻意尔定律表明：对于一定质量的气体——质量为m、摩尔质量为M的理想气体状态方程。1摩尔气体在标准状态下，标准状态：pV的乘积只决定于温度且与温度成正比：取水的三相点为参考状态（p3，V3，T3）其中—摩尔气体常量

令§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、§9-3热力学第一定律内能功热量一、基本物理量1、内能(internalenergy)E它包括了分子热运动的平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能...和分子间相互作用的势能。(不包括系统整体运动的机械能)理想气体的内能：

理想气体的内能是温度的单值函数，它是一个状态量，只和始、末两位置有关，与过程无关。内能变化E只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。内能变化方式做功热传递2、功(work)

W活塞：热力学系统作功的装置dl——热力学系统的能量Ex:使杯子中的水升温搅拌加热——改变热力学系统状态方式之一注：只讨论准静态过程中系统体积发生变化时压力所作的机械功——体积功§9-3热力学第一定律内能功热量一、基本物2、功(work)

W活塞：热力学系统作功的装置p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V2dVdl气缸内的气体经一个无摩擦的准静态膨胀过程，压力对外界所做的体积功为：系统的体积由V1变化到V2时（1）当dV>0时，dW>0，系统对外界作正功。（2）当dV<0时，dW<0，系统对外界作负功（外界对系统作正功）。讨论：求过程曲线与V轴所围的面积S：结论：系统所做的功在数值上等于p-V图上过程曲线以下的面积。（1）2、功(work)W活塞：热力学系统作功的装置p-V图(p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V2dV讨论：（1）求过程曲线与V轴所围的面积S：结论：系统所做的功在数值上等于p-V图上过程曲线以下的面积。（2）等压过程p-V图0VpABV1V2（3）BApVOV1V2①②p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V功和热量都是过程量，而内能是状态量，通过做功或传递热量的过程使系统的状态（内能）发生变化。热量的单位：国际单位：焦耳（J）工程单位：卡焦耳当量：1卡=4.186焦耳功与热的等效性：

作功或传递热量都可以改变热力学系统的内能功：机械能与内能间的转换热量：系统内外物体间内能的转换热力学系统作功的本质：

无规则的分子热运动与有规则的机械运动之间的能量转化。（3）BApVOV1V2①②由A到B过程中，S1≠S2→W1≠W2结论：功为过程量。3、热量(heat)Q:——过程量热量传递的本质：

无规则的分子热运动之间的能量转化。系统之间由于热相互作用而传递的能量。二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity)：物体温度升高一度所需要吸收的热量。功和热量都是过程量，而内能是状态量，通过做功或传递热量的过程二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity)：物体温度升高一度所需要吸收的热量。单位：2、比热(specificheat)：

单位质量物质的热容量。单位：3、摩尔热容(Molarspecificheat)：

1摩尔物质的热容量。i表示不同的过程（1）定体摩尔热容：

1mol理想气体在体积不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。（2）定压摩尔热容：

1mol理想气体在压强不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量：（3）Cv,m和Cp,m的关系m千克理想气体在体积不变的状态下，温度升高△T度所需要吸收的热量为:m千克理想气体在压强不变的状态下，温度升高△T度所需要吸收的热量为:只能用于等体过程只能用于等压过程二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity（3）Cv,m和Cp,m的关系实验证明：——迈耶公式实验证明：

CV,mCp,m单原子He,Ar5/3=1.673R/25R/2双原子H2,O27/5=1.45R/27R/2多原子H2O,CO24/3=1.333R4R三、热力学第一定律(Firstlawofthermodynamics)本质：包括热现象在内的能量转换和守恒定律。注：Q：系统从外界吸热，Q>0系统向外界放热，Q<0E：系统内能的增量W：系统对外界作功，W>0外界对系统作功，W<0热力学第一定律微分式：其中i为自由度数：单原子i=3双原子i=5多原子i=6摩尔热容比（绝热系数）令Ex：含义：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。（3）Cv,m和Cp,m的关系实验证明：——迈耶公式实验证明

三、热力学第一定律(Firstlawofthermodynamics)本质：包括热现象在内的能量转换和守恒定律。注：Q：系统从外界吸热，Q>0系统向外界放热，Q<0E：系统内能的增量W：系统对外界作功，W>0外界对系统作功，W<0热力学第一定律微分式：含义：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。第一类永动机：不需要任何动力和燃料，工作物质的内能最终也不改变，却能不断地对外作功的机器。热力学第一定律指出：作功必须由能量转换而来。结论：热力学第一定律可表述为第一类永动机是不可能实现的。显然，第一类永动机违反热力学第一定律，所以它不可能造成。

三、热力学第一定律本质：包括热现象在内的能注：Q：系统从§9-3热力学第一定律的应用一、等体过程(processatconstantvolume)特征：P-V图：pVV0O根据热力学第一定律：结论：在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能注：（1）E（or△E）的公式在任意的热力学过程中均适用。理想气体的内能：本节讨论理想气体经历的几种准静态过程中热力学第一定律的应用气体在状态变化过程中体积保持不变（2）E（or△E）中的CV,m不具有任何物理意义，只是一个常数。§9-3热力学第一定律的应用一、等体过程(process二、等压过程

(processatconstantpressure)气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV1V2pO根据热力学第一定律：结论：在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能注：（1）E（or△E）的公式在任意的热力学过程中均适用。理想气体的内能：（2）E（or△E）中的CV,m不具有任何物理意义，只是一个常数。特征：结论：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。热力学第一定律中的三个物理量为：二、等压过程气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV二、等压过程

(processatconstantpressure)气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV1V2pO根据热力学第一定律：特征：结论：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。热力学第一定律中的三个物理量为：证明热力学的一定律：二、等压过程气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV三、等温过程

(processatconstanttemperature)特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒量，△E=0根据热力学第一定律：结论：系统吸热全部用作对外作功P-V图：pV1V2VO证明热力学的一定律：P-V图上是一条等温线，为双曲线上的一段，等温线位置越高，温度越高。三、等温过程特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒三、等温过程

(processatconstanttemperature)特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒量，△E=0根据热力学第一定律：结论：系统吸热全部用作对外作功P-V图：pV1V2VOP-V图上是一条等温线，为双曲线上的一段（），等温线位置越高，温度越高。热力学第一定律中的物理量为：三、等温过程特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒绝热过程:§9-4理想气体的绝热过程一、准静态绝热过程V1V2pVO气体在状态变化过程中系统和外界没有热量的交换。绝热过程的热力学第一定律:绝热过程p-V图：与等温线比较？pVA绝热等温O绝热线在A点的斜率大于等温线在A点的斜率*证明：等温过程：绝热过程：等温曲线斜率：绝热曲线斜率：（得证）绝热过程内能增量：二、绝热方程绝热过程:§9-4理想气体的绝热过程一、准静态绝热过程绝热过程的功：绝热过程方程：（绝热方程or泊松方程）*证明：等温过程：绝热过程：等温曲线斜率：绝热曲线斜率：（得证）绝热过程内能增量：*绝热方程的推导：二、绝热方程绝热过程的功：绝热过程方程：（绝热方程or泊松方程）*证*绝热方程的推导：根据理想气体状态方程两边微分：两边积分得：消去p：消去V：*绝热方程的推导：根据理想气体状态方程两边微分：两边积分得：系统对外作功为：绝热线由1→2绝热过程：三、利用绝热过程求气体对外作功两边积分得：消去p：消去V：系统对外作功为：绝热线由1→2绝热过程：三、利用绝热过程求气热力学基本计算公式A（2）：辅：P149计算题：1，2作业：C（2）：辅：P175计算题：1，2例题：书：P239－4，P449－14热力学基本计算公式A（2）：辅：P149计算题：1，2§9-4循环过程和卡诺循环目的：气体吸收热量可对外作功，人们想利用热来获得机械功，制造能连续不断进行热功转换的机器——热机、制冷机一、循环过程1、热机：能够把热量不断地转化为功的机器2、工作物质（工质）：热机中被用来吸收热量并对外作功的物质思考：实现热功转换，简单的等温过程即可实现：气缸中的气体从外界吸收的热量全部用于体积膨胀对外作功。但此过程不可能持续不断地进行：没有无限长的气缸；当外界大气压等于工质气压时，作功停止。如何实现连续不断地对外作功呢？3、循环过程一个系统由某一状态出发，经历一系列变化过程又回到原状态的过程。4、循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。5、一个循环过程的p-V图：§9-4循环过程和卡诺循环目的：气体吸收热量可对外作功AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统所作的净功（总功）：3、循环过程：一个系统由某一状态出发，经历一系列变化过程又回到原状态的过程。4、循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。5、一个循环过程的p-V图：一闭合曲线BAbapOVpOVBAba结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功在数值上等于p-V图上循环曲线所包围的面积。循环分类：正循环（热机循环）：在p-V图上循环过程按顺时针进行，W>0系统对外界作功逆循环（制冷机循环）：在p-V图上循环过程按逆时针进行,W<0外界对系统作功6、循环过程作功特点：AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统7、一个循环过程中的净吸热设：系统吸热之和系统放热之和根据热力学第一定律：8、热机效率：AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统所作的净功（总功）：pOVBAba结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功在数值上等于p-V图上循环曲线所包围的面积。6、循环过程作功特点：则：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则图形W净=S循环图为不规则图形or有绝热过程7、一个循环过程中的净吸热设：系统吸热之和系统放热之和根据热8、热机效率：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则图形W净=S循环图为不规则图形or有绝热过程注：（1）（2）一定要（3）循环效率通常都很小（<20%）。二、卡诺循环目的：从理论上探索提高热机效率的方法1824年，法国青年科学家卡诺（1796-1832）提出一种理想热机，工作物质只与两个恒定热源（一个高温热源，一个低温热源）交换热量。整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成，这样的循环过程称卡诺循环。卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程组成这样的热机称为卡诺热机。卡诺循环的p-V图：8、热机效率：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则BC和DA过程：绝热过程AB和CD过程：等温过程吸热和放热卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程组成卡诺循环的p-V图：V3V1VpDABCV2V4T1T2OA→B为等温吸热过程：C→D为等温放热过程：Q1Q2卡诺循环效率：B→C为绝热过程：D→A为绝热过程：两式相除适用于卡诺循环BC和DA过程：绝热过程AB和CD过程：等温过程吸结论：（1）卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定，与工质无关。*卡诺制冷系数（了解）：C→D为等温放热过程：卡诺循环效率：B→C为绝热过程：D→A为绝热过程：两式相除适用于卡诺循环（2）两热源的温度差越大，卡诺循环的效率越大。实际过程中常采用提高高温热源的温度来提高循环效率。作业：例题：（3）卡诺循环是目前效率最高的循环C（2）：辅P1764，6A（2）：辅P1494，P1506A（2）：书P319－6，P329－7（同辅1507）C（2）：书P319－6，P329－7（同辅1767）结论：（1）卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定，与工质无关例：书P319－6（旧辅P141例5-3）如图所示，abcda为一摩尔单原子分子理想气体的循环过程。图中V2＝2V1，p2＝2p1，p1和V1作为已知值，求：（1）在这一循环过程中气体从外界吸收的热量；（

2）循环效率。解：a→b为等体吸热过程：b→c为等压吸热过程：（1）净功例：书P319－6（旧辅P141例5-3）如图所示，ab书P329-7:一定量理想气体经历了某一循环过程，其中AB和CD是等压过程，BC和DA是绝热过程。已知B点和C点的状态温度分别为TB和TC

，求此循环效率。解：CDABp1p2pVOA→B为等压吸热过程：则∵A→B、C→D为等压过程，故∵B→C、D→A为绝热过程，故∴C→D为等压放热过程：两式相除书P329-7:一定量理想气体经历了某一循环过程，其中辅P1764:

3.210-2kg氧气作ABCD循环过程。AB和CD都为等温过程，设T1=300K，T2=200K，V2=2V1。求循环效率。DABCT1=300KT2=200KV2V1VpO解：A→B为等温吸热过程：D→A为等体吸热过程：B→C等体放热过程：C→D等温放热过程：辅P1764:3.210-2kg氧气作ABCD§9.7热力学第二定律和不可逆过程卡诺定理一切热力学过程都满足热力学第一定律，那么满足热力学第一定律的任意过程都能实现吗？一、自然过程的方向性1、热传导现象：热量自动地从高温物体传递给低温物体，但相反的过程，即热量自动地从低温物体传递给高温物体却不可能实现。2、功变热现象：转动的飞轮因摩擦而停止，机械能因作功而转变为内能。但相反的过程，即静止的飞轮由于变冷而转动起来是不可能实现的。3、自由膨胀：隔板分为左右两半，左边储有一定量的气体，右边为真空。抽去隔板气体自动向真空膨胀，但气体决不会自动地收缩到容器的左边去，而另一半变为真空。4、扩散过程：容器内用隔板将两种不同的气体分成两部分，抽去隔板，两种气体自动的发生扩散现象，但相反的过程，即均匀混合的两种气体自动地分离是不可能的。可逆过程：设在某一过程P中，系统从状态A变化到状态B。如果能使系统进行逆向变化，从状态B回复到初状态A，而且在回复到初态A时，周围的一切也都各自恢复原状，过程P就称为可逆过程。可逆过程是一个理想过程。如果系统不能回复到原状态A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，那么过程P称为不可逆过程。不可逆过程：§9.7热力学第二定律和不可逆过程卡诺定理一切热力学过程一个系统在没有外界的作用下，自发进行的过程。可逆机：能产生可逆循环过程的机器。不可逆机：不能产生可逆循环过程的机器。二、热力学第二定律的两种表述可逆过程：设在某一过程P中，系统从状态A变化到状态B。如果能使系统进行逆向变化，从状态B回复到初状态A，而且在回复到初态A时，周围的一切也都各自恢复原状，过程P就称为可逆过程。可逆过程是一个理想过程。如果系统不能回复到原状态A，或者虽能回复到初态A，但周围一切不能恢复原状，那么过程P称为不可逆过程。不可逆过程:自发过程:自然界的一切自发过程都是不可逆过程自然界中许多过程能够自发地发生，它们满足能量转化和守恒定律，即热力学第一定律，但也有许多过程虽然不违背热力学第一定律，但不会自发地发生，即自然过程具有方向性。热力学第二定律就是用来判断过程进行的方向性的。不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响。开尔文表述：第二类永动机不可能制成一个系统在没有外界的作用下，自发进行的过程。不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。Or热量不可能自动地从低温物体传到高温物体。可以证明，热力学第二定律得两种表述是等价的。（略）第二类永动机不可能制成不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸取热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响。开尔文表述：第二类永动机：开尔文表述指出了单热源的热机是造不成的，但并不违反热力学第一定律，因此这类热机称为第二累永动机。克劳修斯表述：热力学第二定律的实质在于指出，一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。只有无摩擦力等耗散力作功的准静态过程才是可逆过程。三、卡诺定理（选讲）在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切可逆机，不论用什么工作物质，效率相等。2.在相同的高温热源与相同的低温热源之间工作的一切不可逆机的效率不可能高于可逆机的效率。提高热机效率的途径：尽量提高两热源的温差；尽量减少不可逆因素。不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。Or热第九章热力学基础第九章热力学基础热学热力学分子动理论从现象中找规律透过现象追本质宏观规律微观机制第9章

热力学基础热力学理论基础:热力学第一定律热力学第二定律（热力学第零定律）§9-1

状态参量平衡态准静态过程一、气体的状态参量状态参量

(statusparameter)：描述气体宏观状态的物理量。体积(volume)V：气体分子活动所能达到的空间。国际单位：米3（m3）注：（1）当气体分子大小不计时，气体体积等于容器的容积。（2）标准状况下（1atm，0oC），1mol理想气体的体积为22.4×10-3m3/mol。2.压强(pressure)

p：

垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力。国际单位：Pa(帕斯卡)Pa=N·m-21标准大气压=1.01325×105Pa注：p是大量气体分子碰撞的结果。3.温度(temperature)

T：宏观：表征系统冷热程度的物理量。微观：与分子无规则热运动的剧烈程度有关。温度的数值表示法——温标。摄氏温标（t）：单位：

℃，热力学(开氏)温标（T）：单位：K热学热力学分子动理论从现象中找规律透过现象追本质宏观规律微观注：冰点为0oC，水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16K，绝对零度T=0K。4.热力学第零定律——测温原理热平衡(thermalequilibrium)：

两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，即达到了热平衡状态。热力学第零定律(Zerothlawofthermodynamics)：

在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。ABCABC2.压强(pressure)

p：

垂直作用在容器壁单位面积上的气体压力。国际单位：Pa(帕斯卡)Pa=N·m-21标准大气压=1.01325×105Pa注：p是大量气体分子碰撞的结果。3.温度(temperature)

T：宏观：表征系统冷热程度的物理量。微观：与分子无规则热运动的剧烈程度有关。温度的数值表示法——温标。摄氏温标（t）：单位

℃热力学(开氏)温标（T）：单位K摄氏温标和开氏温标的关系：t=T-273.15注：冰点为0oC，水三相点(气态、液态、固态的共存状态)27热力学第零定律(Zerothlawofthermodynamics)：

在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。ABCABC二、平衡态(equilibriumstatus)在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。宏观：系统各部分的温度、压强相同。微观：分子无规则热运动的平均效果不变。——热动平衡三、准静态过程热力学过程(thermodynamicprocess)：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。——实际过程的中间态为非平衡态。2.准静态过程(approximatestaticprocess)：

状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。——平衡过程——理想过程！热力学第零定律ABCABC二、平衡态(equilibrium三、准静态过程热力学过程(thermodynamicprocess)：热力学系统的状态随时间发生变化的过程。——实际过程的中间态为非平衡态。2.准静态过程(approximatestaticprocess)：

状态变化过程进行得非常缓慢，以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。——平衡过程——理想过程！准静态过程的过程曲线可以用p-V图来描述，图上的每一点分别表示系统的一个平衡态。(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVO§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、理想气体(ideagas)：

在任何情况下都严格遵守“玻-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。二、理想气体的状态方程(statusequationofideagas)：玻意尔定律表明：对于一定质量的气体pV的乘积只决定于温度且与温度成正比：取水的三相点为参考状态（p3，V3，T3）其中三、准静态过程热力学过程(thermodynamicpr§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、理想气体(ideagas)：

在任何情况下都严格遵守“玻-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。二、理想气体的状态方程(statusequationofideagas)：玻意尔定律表明：对于一定质量的气体——质量为m、摩尔质量为M的理想气体状态方程。1摩尔气体在标准状态下，标准状态：pV的乘积只决定于温度且与温度成正比：取水的三相点为参考状态（p3，V3，T3）其中—摩尔气体常量

令§9-2理想气体的状态方程——状态参量之间的关系一、§9-3热力学第一定律内能功热量一、基本物理量1、内能(internalenergy)E它包括了分子热运动的平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能...和分子间相互作用的势能。(不包括系统整体运动的机械能)理想气体的内能：

理想气体的内能是温度的单值函数，它是一个状态量，只和始、末两位置有关，与过程无关。内能变化E只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。内能变化方式做功热传递2、功(work)

W活塞：热力学系统作功的装置dl——热力学系统的能量Ex:使杯子中的水升温搅拌加热——改变热力学系统状态方式之一注：只讨论准静态过程中系统体积发生变化时压力所作的机械功——体积功§9-3热力学第一定律内能功热量一、基本物2、功(work)

W活塞：热力学系统作功的装置p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V2dVdl气缸内的气体经一个无摩擦的准静态膨胀过程，压力对外界所做的体积功为：系统的体积由V1变化到V2时（1）当dV>0时，dW>0，系统对外界作正功。（2）当dV<0时，dW<0，系统对外界作负功（外界对系统作正功）。讨论：求过程曲线与V轴所围的面积S：结论：系统所做的功在数值上等于p-V图上过程曲线以下的面积。（1）2、功(work)W活塞：热力学系统作功的装置p-V图(p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V2dV讨论：（1）求过程曲线与V轴所围的面积S：结论：系统所做的功在数值上等于p-V图上过程曲线以下的面积。（2）等压过程p-V图0VpABV1V2（3）BApVOV1V2①②p-V图(pB,VB,TB)(pA,VA,TA)pVOV1V功和热量都是过程量，而内能是状态量，通过做功或传递热量的过程使系统的状态（内能）发生变化。热量的单位：国际单位：焦耳（J）工程单位：卡焦耳当量：1卡=4.186焦耳功与热的等效性：

作功或传递热量都可以改变热力学系统的内能功：机械能与内能间的转换热量：系统内外物体间内能的转换热力学系统作功的本质：

无规则的分子热运动与有规则的机械运动之间的能量转化。（3）BApVOV1V2①②由A到B过程中，S1≠S2→W1≠W2结论：功为过程量。3、热量(heat)Q:——过程量热量传递的本质：

无规则的分子热运动之间的能量转化。系统之间由于热相互作用而传递的能量。二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity)：物体温度升高一度所需要吸收的热量。功和热量都是过程量，而内能是状态量，通过做功或传递热量的过程二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity)：物体温度升高一度所需要吸收的热量。单位：2、比热(specificheat)：

单位质量物质的热容量。单位：3、摩尔热容(Molarspecificheat)：

1摩尔物质的热容量。i表示不同的过程（1）定体摩尔热容：

1mol理想气体在体积不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。（2）定压摩尔热容：

1mol理想气体在压强不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量：（3）Cv,m和Cp,m的关系m千克理想气体在体积不变的状态下，温度升高△T度所需要吸收的热量为:m千克理想气体在压强不变的状态下，温度升高△T度所需要吸收的热量为:只能用于等体过程只能用于等压过程二、热量和热容量1、热容量(thermalcapacity（3）Cv,m和Cp,m的关系实验证明：——迈耶公式实验证明：

CV,mCp,m单原子He,Ar5/3=1.673R/25R/2双原子H2,O27/5=1.45R/27R/2多原子H2O,CO24/3=1.333R4R三、热力学第一定律(Firstlawofthermodynamics)本质：包括热现象在内的能量转换和守恒定律。注：Q：系统从外界吸热，Q>0系统向外界放热，Q<0E：系统内能的增量W：系统对外界作功，W>0外界对系统作功，W<0热力学第一定律微分式：其中i为自由度数：单原子i=3双原子i=5多原子i=6摩尔热容比（绝热系数）令Ex：含义：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。（3）Cv,m和Cp,m的关系实验证明：——迈耶公式实验证明

三、热力学第一定律(Firstlawofthermodynamics)本质：包括热现象在内的能量转换和守恒定律。注：Q：系统从外界吸热，Q>0系统向外界放热，Q<0E：系统内能的增量W：系统对外界作功，W>0外界对系统作功，W<0热力学第一定律微分式：含义：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。第一类永动机：不需要任何动力和燃料，工作物质的内能最终也不改变，却能不断地对外作功的机器。热力学第一定律指出：作功必须由能量转换而来。结论：热力学第一定律可表述为第一类永动机是不可能实现的。显然，第一类永动机违反热力学第一定律，所以它不可能造成。

三、热力学第一定律本质：包括热现象在内的能注：Q：系统从§9-3热力学第一定律的应用一、等体过程(processatconstantvolume)特征：P-V图：pVV0O根据热力学第一定律：结论：在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能注：（1）E（or△E）的公式在任意的热力学过程中均适用。理想气体的内能：本节讨论理想气体经历的几种准静态过程中热力学第一定律的应用气体在状态变化过程中体积保持不变（2）E（or△E）中的CV,m不具有任何物理意义，只是一个常数。§9-3热力学第一定律的应用一、等体过程(process二、等压过程

(processatconstantpressure)气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV1V2pO根据热力学第一定律：结论：在等体过程中，系统吸收的热量完全用来增加自身的内能注：（1）E（or△E）的公式在任意的热力学过程中均适用。理想气体的内能：（2）E（or△E）中的CV,m不具有任何物理意义，只是一个常数。特征：结论：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。热力学第一定律中的三个物理量为：二、等压过程气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV二、等压过程

(processatconstantpressure)气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV1V2pO根据热力学第一定律：特征：结论：系统从外界吸收的热量一部分用于增加内能，一部分用于对外作功。热力学第一定律中的三个物理量为：证明热力学的一定律：二、等压过程气体在状态变化过程中压强保持不变P-V图：pVV三、等温过程

(processatconstanttemperature)特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒量，△E=0根据热力学第一定律：结论：系统吸热全部用作对外作功P-V图：pV1V2VO证明热力学的一定律：P-V图上是一条等温线，为双曲线上的一段，等温线位置越高，温度越高。三、等温过程特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒三、等温过程

(processatconstanttemperature)特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒量，△E=0根据热力学第一定律：结论：系统吸热全部用作对外作功P-V图：pV1V2VOP-V图上是一条等温线，为双曲线上的一段（），等温线位置越高，温度越高。热力学第一定律中的物理量为：三、等温过程特征：气体在状态变化过程中温度保持不变T=恒绝热过程:§9-4理想气体的绝热过程一、准静态绝热过程V1V2pVO气体在状态变化过程中系统和外界没有热量的交换。绝热过程的热力学第一定律:绝热过程p-V图：与等温线比较？pVA绝热等温O绝热线在A点的斜率大于等温线在A点的斜率*证明：等温过程：绝热过程：等温曲线斜率：绝热曲线斜率：（得证）绝热过程内能增量：二、绝热方程绝热过程:§9-4理想气体的绝热过程一、准静态绝热过程绝热过程的功：绝热过程方程：（绝热方程or泊松方程）*证明：等温过程：绝热过程：等温曲线斜率：绝热曲线斜率：（得证）绝热过程内能增量：*绝热方程的推导：二、绝热方程绝热过程的功：绝热过程方程：（绝热方程or泊松方程）*证*绝热方程的推导：根据理想气体状态方程两边微分：两边积分得：消去p：消去V：*绝热方程的推导：根据理想气体状态方程两边微分：两边积分得：系统对外作功为：绝热线由1→2绝热过程：三、利用绝热过程求气体对外作功两边积分得：消去p：消去V：系统对外作功为：绝热线由1→2绝热过程：三、利用绝热过程求气热力学基本计算公式A（2）：辅：P149计算题：1，2作业：C（2）：辅：P175计算题：1，2例题：书：P239－4，P449－14热力学基本计算公式A（2）：辅：P149计算题：1，2§9-4循环过程和卡诺循环目的：气体吸收热量可对外作功，人们想利用热来获得机械功，制造能连续不断进行热功转换的机器——热机、制冷机一、循环过程1、热机：能够把热量不断地转化为功的机器2、工作物质（工质）：热机中被用来吸收热量并对外作功的物质思考：实现热功转换，简单的等温过程即可实现：气缸中的气体从外界吸收的热量全部用于体积膨胀对外作功。但此过程不可能持续不断地进行：没有无限长的气缸；当外界大气压等于工质气压时，作功停止。如何实现连续不断地对外作功呢？3、循环过程一个系统由某一状态出发，经历一系列变化过程又回到原状态的过程。4、循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。5、一个循环过程的p-V图：§9-4循环过程和卡诺循环目的：气体吸收热量可对外作功AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统所作的净功（总功）：3、循环过程：一个系统由某一状态出发，经历一系列变化过程又回到原状态的过程。4、循环特征：经历一个循环过程后，内能不变。5、一个循环过程的p-V图：一闭合曲线BAbapOVpOVBAba结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功在数值上等于p-V图上循环曲线所包围的面积。循环分类：正循环（热机循环）：在p-V图上循环过程按顺时针进行，W>0系统对外界作功逆循环（制冷机循环）：在p-V图上循环过程按逆时针进行,W<0外界对系统作功6、循环过程作功特点：AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统7、一个循环过程中的净吸热设：系统吸热之和系统放热之和根据热力学第一定律：8、热机效率：AaB为膨胀过程：Wa＞0，BbA为压缩过程：Wb＜0，系统所作的净功（总功）：pOVBAba结论：在任何一个循环过程中，系统所作的净功在数值上等于p-V图上循环曲线所包围的面积。6、循环过程作功特点：则：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则图形W净=S循环图为不规则图形or有绝热过程7、一个循环过程中的净吸热设：系统吸热之和系统放热之和根据热8、热机效率：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则图形W净=S循环图为不规则图形or有绝热过程注：（1）（2）一定要（3）循环效率通常都很小（<20%）。二、卡诺循环目的：从理论上探索提高热机效率的方法1824年，法国青年科学家卡诺（1796-1832）提出一种理想热机，工作物质只与两个恒定热源（一个高温热源，一个低温热源）交换热量。整个循环过程是由两个绝热过程和两个等温过程构成，这样的循环过程称卡诺循环。卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程组成这样的热机称为卡诺热机。卡诺循环的p-V图：8、热机效率：热机把热转化为功的本领用效率衡量。循环图为规则BC和DA过程：绝热过程AB和CD过程：等温过程吸热和放热卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程组成卡诺循环的p-V图：V3V1VpDABCV2V4T1T2OA→B为等温吸热过程：C→D为等温放热过程：Q1Q2卡诺循环效率：B→C为绝热过程：D→A为绝热过程：两式相除适用于卡诺循环BC和DA过程：绝热过程AB和CD过程：等温过程吸结论：（1）卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定，与工质无关。*卡诺制冷系数（了解）：C→D为等温放热过程：卡诺循环效率：B→C为绝热过程：D→A为绝热过程：两式相除适用于卡诺循环（2）两热源的温度差越大，卡诺循环的效率越大。实际过程中常采用提高高温热源的温度来提高循环效率。作业：例题：（3）卡诺循环是目前效率最高的循环C（2）：辅P1764，6A（2）：辅P1494，P1506A（2）：书P319－6，P329－7（同辅1507）C（2）：书P319－6，P329－7（同辅1767）结论：（1）卡诺循环的效率仅仅由两热源的温度决定，与工质无关例：书P