物理热力学基础

物理热力学基础第1页，共53页，2023年，2月20日，星期六热力学系统：热力学研究的对象（物体或物体组），其它均称为外界。系统的分类：与外界有功，有热交换:与外界有功，无热交换:与外界无功，无热交换:一般系统绝热系统封闭（孤立）系统一系统状态和过程2第2页，共53页，2023年，2月20日，星期六2.平衡态不受外界影响的系统，其宏观性质（P、V、T）不随外界变化的状态。3.热力学过程状态随时间变化的过程，过程分类：（1）按系统与外界的关系分类:自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变。非平衡态到平衡态平衡态到非平衡态3第3页，共53页，2023年，2月20日，星期六（2）按过程中经历的各个状态的性质分类:准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态都可近似地看成是平衡态的过程。

非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平衡态，整个过程就是非静态过程。34第4页，共53页，2023年，2月20日，星期六（3）按过程的特征分类:

等容过程：dV=0等压过程：dP=0等温过程：dT=0

绝热过程：dQ=0，Q=0

循环过程：

dE=0E终态=E初态等值过程5第5页，共53页，2023年，2月20日，星期六10

实际的热力学过程是非平衡过程。注意：例：压缩过程6第6页，共53页，2023年，2月20日，星期六20平衡过程是无限缓慢地进行的，是理想化的抽象。7第7页，共53页，2023年，2月20日，星期六30平衡过程可在PV图上表示出来。PV图上一个点，表示一个

状态。PV图上一条线，表示一个过程。非平衡态，非平衡过程不能在PV图上表示！平衡平衡128第8页，共53页，2023年，2月20日，星期六二内能内能:由热运动状态决定的一种能量。内能是描述热力学系统状态的物理量。内能是系统状态的单值函数。对于理想气体----温度的单值函数当状态变化时，内能的变化为----与过程无关9第9页，共53页，2023年，2月20日，星期六功的几何意义：1V2V12PVdV功在数值上等于p~V

图上过程曲线下的面积。一功（过程量）10第10页，共53页，2023年，2月20日，星期六功的正负：系统体积增大，做正功；系统体积减小，做负功。11第11页，共53页，2023年，2月20日，星期六(1)体积功只适用于准静态过程。(3)功是过程量，功不是状态函数。(4)作功是能量传递和转换的一种方式。说明(2)宏观功，通过系统的宏观位移实现是系统外物体的有规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换。12第12页，共53页，2023年，2月20日，星期六已知理想气体在一个准静态过程中压强p与体积V

满足关系式，其中γ

，C

均为常数。求：例1当理想气体的体积从V1膨胀到V2时，系统对外界所做的功。根据题设解：有,13第13页，共53页，2023年，2月20日，星期六二热量（过程量）系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.热量传递叫做微观功.传热：通过分子间的相互作用来完成，是系统外、内分子无规则运动之间的转换。14第14页，共53页，2023年，2月20日，星期六单位摩尔热容:热力学系统吸收热量，使温度升高，其摩尔热容为:比热：mkg热力学系统吸收热量，使温度升高，其比热容为:单位15第15页，共53页，2023年，2月20日，星期六（1）都是过程量：与过程有关；

（3）功与热量的物理本质不同.1cal=4.18J，1J=0.24

cal功与热量的异同（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；

只有在状态变化过程中才有意义，状态不变，无功、热可言。16第16页，共53页，2023年，2月20日，星期六作机械功改变系统状态的焦耳实验AV作电功改变系统状态的实验17第17页，共53页，2023年，2月20日，星期六三热力学第一定律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.12**18第18页，共53页，2023年，2月20日，星期六+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19第19页，共53页，2023年，2月20日，星期六（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，适用于气、液、固，自然界的普遍规律.注意第一类永动机：即不从外界吸收能量，而不断对外作功的机械。20第20页，共53页，2023年，2月20日，星期六（3）热—功转换不是直接进行的，而是间接的，内能是传递工具。外界对系统作功，使内能增加，再通过内能降低，系统放热。系统吸热后，先使内能增加，再通过降低内能对外作功。21第21页，共53页，2023年，2月20日，星期六准静态过程微变过程22第22页，共53页，2023年，2月20日，星期六理想气体准静态过程过程的热量、功和内能的计算.（1）功的计算（理想气体的共性）或根据23第23页，共53页，2023年，2月20日，星期六（2）内能的计算或根据（3）内能的计算或根据24第24页，共53页，2023年，2月20日，星期六一等体过程摩尔定体热容由热力学第一定律特性常量过程方程常量25第25页，共53页，2023年，2月20日，星期六单位摩尔定体热容:

理想气体在等体过程中吸收热量，使温度升高，其摩尔定体热容为:26第26页，共53页，2023年，2月20日，星期六由热力学第一定律理想气体

内能通用式27第27页，共53页，2023年，2月20日，星期六

等体升压

12

等体降压

1228第28页，共53页，2023年，2月20日，星期六12二等压过程摩尔定压热容过程方程常量特性常量

功A摩尔气体常量等于1mol理想气体在温度升高1k时对外所做的功29第29页，共53页，2023年，2月20日，星期六摩尔定压热容:

理想气体在等压过程中吸收热量，温度升高，其摩尔定压热容为：30第30页，共53页，2023年，2月20日，星期六可得摩尔定压热容和摩尔定体热容的关系摩尔热容比

31第31页，共53页，2023年，2月20日，星期六三个量：32第32页，共53页，2023年，2月20日，星期六12W等压膨胀

AA12W等压压缩33第33页，共53页，2023年，2月20日，星期六三等温过程12特征常量过程方程常量内能QQ（等温过程演示）34第34页，共53页，2023年，2月20日，星期六作功由热力学第一定律吸热35第35页，共53页，2023年，2月20日，星期六12等温膨胀W12W等温压缩

A

A36第36页，共53页，2023年，2月20日，星期六12四绝热过程与外界无热量交换的过程特征由热力学第一定律（绝热过程演示）37第37页，共53页，2023年，2月20日，星期六由热力学第一定律有12A在绝热过程中，P、V、T三个参量同时改变。38第38页，共53页，2023年，2月20日，星期六若已知及由可得39第39页，共53页，2023年，2月20日，星期六绝热过程方程的推导12分离变量得40第40页，共53页，2023年，2月20日，星期六绝热方程C1C2C3常量41第41页，共53页，2023年，2月20日，星期六12W绝热膨胀12W绝热压缩

A

A42第42页，共53页，2023年，2月20日，星期六绝热线和等温线绝热过程曲线的斜率常量A43第43页，共53页，2023年，2月20日，星期六

绝热线的斜率大于等温线的斜率.等温过程曲线的斜率常量ABC常量44第44页，共53页，2023年，2月20日，星期六

绝热线的斜率大于等温线的斜率.气体从同一状态A分别经绝热和等温过程膨胀VABC常量绝热过程A>0所以

E<0，即T降低45第45页，共53页，2023年，2月20日，星期六由相同的初态a作同样的体积膨胀时，绝热过程的压强比等温过程的压强减少得多些。等温：绝热：绝热等温系统作等温膨胀所作的功比绝热膨胀的功要多。46第46页，共53页，2023年，2月20日，星期六

例2设有5mol的氢气，最初温度，压强，求下列过程中把氢气压缩为原体积的1/10需作的功:（1）等温过程（2）绝热过程（3）经这两过程后，气体的压强各为多少？12常量47第47页，共53页，2023年，2月20日，星期六解（1）等温过程（2）氢气为双原子气体由表查得，有

已知：

12常量48第48页，共53页，2023年，2月20日，星期六（3）对等温过程对绝热过程，有12常量49第49页，共53页，2023年，2月20日，星期六

例3一汽缸中贮有氮气，质量为1.25kg，在标准大气压下缓慢的加热，使温度升高1K。试求气体膨胀时所作的功；气体内能的增量；气体所吸收的热量（活塞的质量以及它与气缸壁的摩擦均可略去）。已知等压膨胀过程质量摩尔质量自由度50第50页，共53页，2023年，2月20日，星期六解51第51页，共53页