第一讲热学现象及

第一讲热学现象及1第1页，共30页，2023年，2月20日，星期一

永动机的设想图2第2页，共30页，2023年，2月20日，星期一一、常见的一些热学现象1、一壶水开了，水变成了水蒸气。2、温度降到0℃以下，液体的水变成了固体的冰块。3、气体被压缩，产生压强。4、物体被加热，物体的温度升高。热现象3第3页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、物态变化——相变潜热1、相变过程相变潜热相变：物体气、液、固三态之间的变化称为相变。例如，水有水蒸气、水、冰三种状态，在保持100℃的情况下，使压强准静态地增大，当压强为标准大气压时，可以看到容器中的水蒸气开始有水滴凝结出来，出现气、液两相共存状态。4第4页，共30页，2023年，2月20日，星期一2、相变潜热：相变过程中吸收或放出的热量称为相变潜热汽化热：单位质量的液体汽化成同温度的气体所吸收的热量。同一物质，不同温度，汽化热不同；相同温度，不同物质，汽化热不同。凝结过程中，放出的热量的大小与汽化热相等。5第5页，共30页，2023年，2月20日，星期一几种液体在标准大气压下，在沸点时的汽化热水在标准大气压下不同温度下的汽化热液体水酒精氢乙醚汞氮温度（℃

）10078.3-253.734.6356.57-195.8汽化热（105J/kg）25.58.54.5452.931.99温度（℃）02060100200300370374汽化热（105J/kg）24.924.423.522.519.613.84.1406第6页，共30页，2023年，2月20日，星期一思考题为什么冰会浮在水上？水有奇特的性质——在4℃以上体积随温度下降而缩小，在4℃以下反转为膨胀。因此0℃时的冰变得相当松，密度比水小，浮在水上。这是因为结冰时水分子之间整齐排列的“氢键”把分子间距离略微推开的缘故。7第7页，共30页，2023年，2月20日，星期一热力学研究的对象----热力学系统.（一）热力学系统热力学系统以外的物体称为外界。孤立系统:系统和外界完全隔绝的系统例：若汽缸内气体为系统，其它为外界三、理想气体的物态方程

一、基本概念8第8页，共30页，2023年，2月20日，星期一（二）系统状态的描述

微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。宏观量：

温度、压强、体积等。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进行测量和观察。宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值。9第9页，共30页，2023年，2月20日，星期一（三）基本原理:1.自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有一定距离的微粒所组成,这种微粒称为分子.2.分子间有相互作用力.3.分子永不停息地作无规则的运动.10第10页，共30页，2023年，2月20日，星期一二、气体的状态参量平衡态（一）体积V气体分子所能达到的空间范围.[单位:

m3]（二）压强P气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力.[单位:Pa]1Pa=1N/m21.1mmHg=133.3Pa2.标准大气压(atm)11第11页，共30页，2023年，2月20日，星期一（三）温度t,T反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度1.摄氏温标(t)[单位:℃]2.热力学温标(T)[单位:K]两者换算关系:

T=273.15+t状态参量：表征气体有关特性的物理量如P、V、T等12第12页，共30页，2023年，2月20日，星期一（四）平衡状态

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。平衡态：准静态过程：如果状态变化过程进行得非常缓慢，以至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的过程称为“准静态过程

”，又称“平衡过程

”。13第13页，共30页，2023年，2月20日，星期一（质量不变）三、理想气体物态方程（一）气体的实验规律1.气体定律2.阿伏伽德罗定律在相同的温度和压强下，1摩尔的任何气体所占据的体积都相同。在标准状态下，即压强P0=1atm、温度T0=273.15K时,1摩尔的任何气体的体积均为V0=22.41L/mol14第14页，共30页，2023年，2月20日，星期一（二）理想气体理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。（三）理想气体物态方程（质量不变）15第15页，共30页，2023年，2月20日，星期一标准状态：M为气体的总质量。M

mol为气体的摩尔质量。其中：16第16页，共30页，2023年，2月20日，星期一理想气体物态方程：令：R

称为“普适气体常数

”代入：（宏观物理量表示）17第17页，共30页，2023年，2月20日，星期一阿伏伽德罗常数：玻耳兹曼常数：设：分子质量为m，气体分子数为N，分子数密度n。18第18页，共30页，2023年，2月20日，星期一理想气体物态方程：标准状态下的分子数密度：洛喜密脱数：（微观物理量表示）19第19页，共30页，2023年，2月20日，星期一四、热力学第一定律及应用

系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加,另一部分使系统对外界做功.1、热力学第一定律20第20页，共30页，2023年，2月20日，星期一

1）能量转换和守恒定律.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.+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的符号规定物理意义21第21页，共30页，2023年，2月20日，星期一几种循环过程内能变化1、等容过程理想气体物态方程：内能增大做功：A=022第22页，共30页，2023年，2月20日，星期一122、等压过程理想气体物态方程：内能增大做功：A>023第23页，共30页，2023年，2月20日，星期一123、等温过程内能不变做功：A>024第24页，共30页，2023年，2月20日，星期一热机

：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.2、热力学第一定律的应用25第25页，共30页，2023年，2月20日，星期一冰箱循环示意图26第26页，共30页，2023年，2月20日，星期一

1、第二定律的提出（1）功热转换的条件第一定律无法说明.（2）热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性第一定律无法说明.五、热力学第二定律热力学第一定律的局限性27第27页，共30页，2023年，2月20日，星期一3、热力学第二定律两种表述的等价性证明（反证法）：设克劳修斯表述不对，热量可以自动地由低温热源传递到高温热源，在下面设计卡诺热机中是违反开尔文表述的.2、热力学第二定律的两种表述

（1）开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化。（2）克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化。28第28页，共30页，2023年，2月20日，星期一注意

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热力学第二定律是大量实验和经验的总结.

3热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性.

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