第八章热力学

物理学的第三次大综合

物理学的第三次大综合是从热学开始的，涉及到宏观与微观两个层次.宏观理论热力学的两大基本定律:第一定律,即能量守恒定律;第二定律,即熵增加定律.科学家进一步追根问底,企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律,气体分子动理论应运而生.

玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学.

热力学与统计物理的发展,加强了物理学与化学的联系,建立了物理化学这一门交叉科学.第八章热力学基础8-1功热内能8-2热力学第一定律一热力学系统(系统)系统：热力学研究对象环境：系统以外的其它物体分类：按系统与环境的关系划分开放系统：即有能量交换又有质量交换闭合系统：只有能量交换而无质量交换（热力学第一定律中应用）孤立系统：即无能量交换又无质量交换（热力学第二定律中应用）实际中：均匀的液体、气体具体对象：一定质量的理想气体二热力学平衡态定义：宏观量不随时间变化的状态图像：P-V,P-T,V-T图中的一个点代表一个平衡态*平衡态特点1）单一性（系统内处处相等）;2）物态的稳定性——与时间无关；3）自发过程的终点；4）密度均匀，动态平衡。三热力学过程定义：系统状态随时间变化的过程特点：初平衡态末平衡态分类：根据过程中间状态划分准静态过程：(1)中间态均为平衡态(2)无限缓慢进行，理想过程。(3)P-V,P-T等图上,用一条曲线表示.非静态过程：(1)中间态为非平衡态(2)过程进行得快，实际过程。(3)P-V,P-T等图上,用一条曲线表示.F四气体准静态的功（过程量）S定义：图像：在P-V图上，∣W∣=SPV12特点：功与过程有关，是过程量单位：焦耳，做功是能量的转化过程。四热量（过程量）：传热过程中传递的能量特点：值与具体过程有关，是过程量。定义：单位：焦耳，热传递是能量的转移过程。中学，液体最初，大学，气体定（等）体摩尔热容定（等）压摩尔热容摩尔热容比（绝热系数）等温摩尔热容绝热摩尔热容五理想气体的内能（状态量）定义：组成气体的所有分子的热运动动能总和特点：是温度的单值函数，只与初末状态有关，而与具体过程无关，是状态量。公式：单位：焦耳，任何物体都具有内能。六热力学第一定律内容：系统从外界吸收的热量一部分用来对外做功，一部分用来增加系统内能。公式：物理意义：1）能量转换和守恒定律(本质)。第一类永动机是不可能制成的。2）实验经验总结，自然界的普遍规律，适用于任意热力学过程。准静态过程微小过程+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律中各量的正负号规定例1：理想气体从状态a经过程1到达状态b，吸热500，对外做功300，然后，系统又从状态b经过程2返回状态a，且外界做功200，求：2过程是吸热还是放热？解：∴放热400焦耳第八章热力学基础8-3,4理想气体的等值（等体、等压、等温、绝热）过程

等体（容）过程特点：遵循：功：内能：热：等容摩尔热容：

等压过程特点：遵循：功：内能：热：等压摩尔热容：

等温过程特点：遵循：功：内能：热：

绝热过程特点：遵循：内能：功：绝热方程:

绝热过程方程的推导:（不做要求）分离变量得12绝热

方程常量常量常量以一摩尔理气为例消去dT,

绝热线和等温线关系：(1)绝热过程曲线的斜率(2)等温过程曲线的斜率绝热线比等温线陡峭∴二者只能相交一次常量常量ABC常量

例一定量的理想气体从体积膨胀到体积分别经过如下的过程，其中吸热最多的过程是什么过程？（A-B等压过程；A-C等温过程；A-D绝热过程）解ABCDP138—思考题6VPAB**O12绝热例：讨论理想气体下图过程中，各过程的正负。A—BA—2—BA—1—BP138思考题9第八章热力学基础8-5循环过程

热机发展简介

1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机热机：持续地将热量转变为功的机器.工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质.冰箱循环示意图定义：系统状态经过一系列变后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程。特征：经历一个循环后一循环过程AB分类：顺（正，热机）循环，W总>0逆（负，制冷）循环，W总<0应用：热机，制冷机，热泵思考循环过程中，变化吗?

图像：闭合曲线，习惯上用P-V图1、把热能持续地转变为功的装置2、工作物质做正循环,W总>03、工作原理4、热机效率热机高温热源低温热源二热机制冷机低温热源高温热源1、利用外界做功从低温物体吸热的装置2、工作物质做逆循环,W总<03、工作原理4、制冷系数三制冷机1423例1：1mol

氦气经过图示的循环过程，其中，求各过程中气体吸收的热量和热机效率。解由理想气体物态方程得P128：例7定义：由两个准静态等温和两个准静态绝热过程组成特点：只在两个热源之间工作的理想循环四卡诺循环

(理论上效率最高的循环)

WABCD

A-B等温膨胀

B-C绝热膨胀

C-D等温压缩

D-A绝热压缩WABCD理想气体卡诺循环热机效率的计算

A—B等温膨胀

B—C绝热膨胀

C—D等温压缩

D—A绝热压缩卡诺循环A—B

等温膨胀吸热C—D

等温压缩放热WABCD

D—A绝热压缩过程B—C

绝热膨胀