气体动理论热力学第七章基础

7.1热力学的研究对象和研究方法第七章热力学基础研究对象：

热学是研究分子热运动及其与其他运动形式之间转化所遵循规律的学科。

研究方法：1.

热力学——宏观理论

实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件.2.

气体动理论——微观理论

研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法.两种方法的关系气体动理论热力学相辅相成7.2平衡态理想气体的状态方程一气体的物态参量及其单位（宏观量）1

气体压强：作用于容器壁上单位面积的正压力.

单位：2

体积:气体所能达到的最大空间.

单位：标准大气压：纬度海平面处,时的大气压.

3

温度:气体冷热程度的量度.

单位：温标（开尔文）.真空膨胀二平衡态

一定量的气体，在不受外界的影响下,经过一定的时间,系统达到一个稳定的,宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态.（理想状态）三理想气体物态方程

物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系.摩尔气体常量对一定质量的同种气体理想气体物态方程

理想气体宏观定义：遵守三个实验定律(玻意耳定律、盖-吕萨克定律、查理定律)的气体.一准静态过程（理想化的过程）

准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体活塞砂子127.3功热量内能热力学第一定律二功（过程量）准静态过程功的计算注意：作功与过程有关.P202例7.5三热量（过程量）

系统与外界之间由于存在温差而传递的能量叫做热量,用符号Ｑ表示．1）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；

1卡

=4.18J，1J=0.24

卡功与热量的异同

实验证明系统从A

状态变化到B

状态，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变.四内能（状态量）2AB1**2AB1**

系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关.

理想气体内能

:

表征系统状态的单值函数,理想气体的内能仅是温度的函数.2AB1**2AB1**五热力学第一定律

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.吸热内能增加系统对外做功

外界对系统做功,一部分使系统的内能增加,另一部分使系统对外界放热.放热内能增加外界对系统做功

既不消耗系统的内能,又不需要外界向它传递热量，既不消耗任何能量而能不断地对外做功．这种机器叫做第一类永动机.第一类永动机是不可能制成的.+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P199例7.3作业：7.57.7

计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础（1）（理想气体的共性）（2）解决过程中能量转换的问题（3）（理想气体的状态函数）

（4）各等值过程的特性.7.4准静态过程中功和热量的计算单位一等体过程定体摩尔热容热力学第一定律特性常量

定体摩尔热容:

理想气体在等体过程中吸收的热量，使温度升高,其定体摩尔热容为

质量为m的理想气体：注意：由于对于理想气体，内能E是由温度决定的，故

该公式对所有过程都是成立的，因为，内能的变化和过程无关，只要起始和末了的温度是确定的。12二等压过程定压摩尔热容热力学第一定律特性:常量功:

定压摩尔热容:

理想气体在等压过程中吸收的热量，温度升高，其定压摩尔热容为W

可得定压摩尔热容和定体摩尔热容的关系

摩尔热容比

质量为m的理想气体:迈耶公式：四等温过程热力学第一定律恒温热源T12特性常量常量12五绝热过程与外界无热量交换的过程特征绝热的汽缸壁和活塞热一律若已知及12W从可得

绝热过程方程的推导分离变量得12绝热

方程常量常量常量六绝热线和等温线绝热过程曲线的斜率等温过程曲线的斜率

绝热线的斜率小于等温线的斜率.常量常量ABC常量

例1

设有5mol

的氢气，最初的压强为温度为，求在下列过程中，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？解

1）等温过程2）氢气为双原子气体由表查得，有12常量3）对等温过程对绝热过程,有12常量作业：P2347-7,7-8

系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程.热力学第一定律总放热（取绝对值）净功特征一循环过程总吸热AB7.8循环过程二热机效率和致冷机的致冷系数热机效率热机高温热源低温热源热机（正循环）AB通过某种工作物质，不断把吸收的热量转变为机械功的装置。致冷机致冷系数致冷机（逆循环）致冷机高温热源低温热源ABP218例7.111423

例11mol

氦气经过如图所示的循环过程，其中,求1—2、2—3、3—4、4—1各过程中气体吸收的热量和热机的效率.解由理想气体物态方程得1423方法二：

卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成.三卡诺循环

低温热源高温热源卡诺热机WABCD

1824年法国的年轻工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环.给出了热机效率的理论极限值;他还提出了著名的卡诺定理.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

绝热过程B—C

绝热过程

卡诺热机效率WABCD

卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高.

WABCD高温热源低温热源卡诺致冷机

卡诺致冷机（卡诺逆循环）卡诺致冷机致冷系数

图中两卡诺循环吗？讨论P229例7.13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

1

开尔文表述：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，使之完全转换为功，而不放出热量给其他物体，或者说不使外界发生任何变化.

一热力学第二定律的两种表述

等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体,但它非循环过程.12W

W低温热源高温热源卡诺热机WABCD

卡诺循环是循环过程，但需两个热源，且使外界发生变化.

虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化.2克劳修斯表述：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.高温热源低温热源卡诺致冷机WABCD注意

1

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.2

热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.准静态无摩擦过程为可逆过程

可逆过程:在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程.二可逆过程与不可逆过程

不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程