高二物理竞赛热力学基础课件

本章从能量的角度出发，在宏观上研究热力学系统在状态变化过程终有关热功转换关系。主要内容：1）内能功和热量；2）热力学第一定律及其对理想气体的应用；3）循环过程；4）热力学第二定律。

一

掌握内能、功和热量等概念.理解准静态过程.

二

掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量.

三

理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率.

四

了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和熵增加原理.教学要求：热力学系统和过程1、孤立系统---与外界无功无热也无质量交换的系统；一）热力学系统（简称系统）---热力学所研究的对象（应包含大量分子）分类：2、封闭系统---与外界不交换质量但可交换能量的系统；3、开放系统---既可与外界交换能量又可与外界交换质量的系统；二）热力学过程---热力学系统从一个状态到另一个状态的过渡方式1、按与外界的关系A、自发过程--无外界帮助可以进行的过程高温低温B、非自发过程---有外界帮助才能进行的过程高温低温p－V图上，一点代表一个平衡态，一条连续曲线代表一个准静态过程。这条曲线的方程称为过程方程，准静态过程是一种理想的极限。POV（P1、V1、T1）（P2、V2、T2）平衡状态和准静态过程2、按过程中所经历的中间状态状态分：A、非静态过程--系统所经历的状态是非平衡态的过程。B、准静态过程---从初态---中间态---终态都是准平衡态的过程PVVP3、按过程的特点分：A、等容过程B、等压过程C、等温过程D、绝热过程E、一般过程---不同于以上过程的过程F、循环过程---初态等到于终态的过程。一、内能2）实际气体内能：所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。内能是状态参量T、V的单值函数。1）内能：系统处于一定状态时系统内所有分子能量的总和3）理想气体内能内能是状态量,是状态参量T的单值函数。4）系统内能改变的两种方式作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。将物体宏观运动的能量转化成为分子热运动的能量。10、做功可以改变系统的状态摩擦升温（机械功）、电加热（电功）

功是过程量20、热量传递可以改变系统的内能

热量是过程量热量是系统与外界热能转换的量度。传递热量通过微观分子的相互作用完成的。使系统的状态改变，传热和作功是等效的。内能是状态量。Q实验一实验二作功增加物体内能传递热量也可增加物体内能AAA当活塞移动微小位移dl时，系统对外界所作的元功为：系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：二、气体系统准静态过程中的功1、体积功（膨胀压缩功）系统对外作正功；系统对外作负功；系统不作功。2、体积功的图示

比较a,b过程可知，功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功与过程的路径有关。——功是过程量由积分意义可知，功的大小等于p—V

图上过程曲线p(V)下的面积。三、热量1、定义：由于T的存在，使系统与外界以非功的形式传递能量2、规定：系统吸热Q>0；微过程dQ>0

系统放热Q<0；微过程dQ<03、Q是过程量对绝热过程，Q＝0，对其他过程，Q各不相同

某一过程，系统从外界吸热Q，对外界做功A，系统内能从初始态E1变为

E2，则由能量守恒：四、热力学第一定律Q>0，系统吸收热量；Q<0,系统放出热量；A>0,系统对外作功；A<0,外界对系统作功；E>0,系统内能增加，E<0,系统内能减少。规定意义：系统从外界吸收的能量，一部分用于增加系统的内能，一部分用于对外作功热力学第一定律的普遍形式

对于准静态过程，如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，则热力学第一定律另一表述：制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器)是不可能的。2、实质：热运动范围的能量守恒与转化定律结论：第一类永动机造不成3、热量Q的计算VPT2T1先强调两点：理想气体的内能变化只与系统始末温度有关，而与过程无关。理想气体内能是温度的单值函数研究理想气体热功转换的主要依据是：或：理想气体状态方程热力学第一定律理想气体的共性一.等体过程V=恒量，dV=0，dA=pdV=0，T2T1pV0ab

等体过程中，外界传给气体的热量全部用来增加气体的内能，系统对外不作功。热力学第一定律特点：参量关系：

等体升压

12

等体降压

12结论等体升压：吸热、升温、内能增加；等体降压：放热、降温、内能减少。二、等压过程p=恒量，dp＝012p21OVVV

等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，一部分用来对外做功。参量关系：12A等压膨胀12A等压压缩

AA结论等压膨胀：吸热、升温、内能增加等压压缩：放热、降温、内能减少三.等温过程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2III..OV2V1

等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外做功，系统