物理十章热力学

第十章热力学基础1.热力学系统

把研究的对象视为一个系统，称为热力学系统，而系统以外的部分则称为外界。

外界热力学系统一热力学系统热力学系统是一个由大量的微观粒子（分子、原子）组成的宏观系统。§10.1功热量热力学第一定律热力学系统与外界只有能量交换而无物质交换，则该系统称为封闭系统外界热力学系统热力学系统与外界既有能量交换又有而无物质交换，则该系统称为开放系统热力学系统与外界既无能量交换又无物质交换，则该系统称为孤立系统平衡态的特点*1）单一性（处处相等）;2）热动平衡（有别于力平衡）.1.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）二

热力学过程准静态过程

热力学过程系统从一个平衡态向另一个平衡态过渡的过程系统的热力学过程进行得无限缓慢，以致于每一个中间状态都可视为平衡态p

2.热力学过程一个点：表示一个平衡态12p~V图上注意一条曲线：表示一个准静态过程答案Ｃ1.如图所示，当气缸中的活塞迅速向外移动从而使气体膨胀时，气体所经历的过程A.是平衡过程，它能用p─V图上的一条曲线表示．B.不是平衡过程，但它能用p─V图上的一条曲线表示．C.不是平衡过程，它不能用p─V图上的一条曲线表示．D.是平衡过程，但它不能用p─V图上的一条曲线表示．随堂小议准静态过程功的计算

要使热力学系统状态改变，可以通过外界对系统作功，或向系统传递热量.

三改变系统内能的两个途径热功当量1.功（过程量）准静态过程功的计算注意：作功与过程有关.系统对外界作正功系统对外界作负功2.热量（过程量）系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.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；

宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同.1卡

=4.18J，1J=0.24

卡功与热量的异同3.内能通过外界对系统作功，使系统状态发生变化通过向系统传递热量，使系统状态发生变化

引入一个系统状态函数Ｅ，E称为系统的内能．可以通过作功（用Ａ表示）或传递热量（用Ｑ表示），使系统从一状态过渡到另一状态，W＋Ｑ只与系统始、末状态有关，而与具体过程无关。

内能是状态量：实际气体：理想气体：内能是温度的单值函数：

内能指与微观热运动有关的能量，不包括系统整体的机械能。四热力学第一定律

系统所吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分用于系统对外做功．无限小过程

Sp1E1QWSp2E2数学表达式

Q，W，DE的正负号的意义

DE：增大为正，减小为负

W：系统对外做功为正，外界对系统做为负

Q：吸热为正，放热为负

Ø

另一种描述：第一类永动机是不存在的

如研究的系统为气体，热力学第一定律的数学表达式为

等值过程:§10.2热力学第一定律的应用一热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用系统状态变化过程中,有一个状态不变.

等值过程有:等容过程、等压过程、等温过程.波义耳定律：等温过程盖·吕萨克定律：等压过程查理定律:等体过程p1V1=p2V2

（1）（理想气体方程）（2）(热力学第一定律)波义耳定律：等温过程盖·吕萨克定律：等压过程查理定律:等体过程p1V1=p2V2

1.等容过程热力学第一定律特性常量过程方程系统对外做功为0系统从外界吸收的热量全部转化为内能的增加单位

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

定体摩尔热容另一表述:

理想气体在等体过程中,温度每升高(或降低)10C,吸收的热量.i

气体分子的自由度

等体升压

12

ν摩尔理想气体在等体过程中,温度从T1升高到T2(或降低),吸收的热量为

等体降压

122．等压过程12热一律特性常量对外作功W过程方程内能增加不管什么过程，多可用吸收热量

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

定压摩尔热容另一表述:

理想气体在等压过程中,温度每升高(或降低)10C,吸收的热量.

△T=11mol

定压摩尔热容和定体摩尔热容的关系

比热容比

等压过程吸收热量内能增加对外作功12A等压膨胀12A等压压缩

W

W答案D1.用公式(式中为定体摩尔热容量，视为常量，

为气体摩尔数)计算理想气体内能增量时，此式

(A)只适用于准静态的等体过程．

(B)只适用于一切等体过程．

(C)只适用于一切准静态过程．

(D)适用于一切始末态为平衡态的过程．随堂小议3．等温过程热力学第一定律恒温热源T12特征常量过程方程常量12等温膨胀W12W等温压缩

W

W4．绝热过程、多方过程12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一绝热过程

系统对外界作功，通过系统的内能的减少来完成1.绝热过程方程12绝热

方程常量常量常量

比热容比

12A绝热膨胀12A绝热压缩

A

A2.绝热线和等温线绝热过程曲线上任意一点的斜率常量AC常量等温过程曲线上任意一点的斜率

绝热线的斜率大于等温线的斜率，绝热线比等温线陡常量ABC常量3.绝热过程的

E、W和Q绝热自由过程的

E、A和Q注意p

真空

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常量答案A1.如图所示，一定量理想气体从体积V1，膨胀到体积V2分别经历的过程是：A→B等压过程，A→C等温过程；A→D绝热过程，其中吸热量最多的过程

(A)是A→B.(B)是A→C.(C)是A→D.(D)既是A→B也是A→C,

两过程吸热一样多。随堂小议2.理想气体向真空作绝热膨胀．

(A)膨胀后，温度不变，压强减小．

(B)膨胀后，温度降低，压强减小．

(C)膨胀后，温度升高，压强减小．

(D)膨胀后，温度不变，压强不变．答案A答案B3.一定量的理想气体，从p－V图上初态a经历(1)或(2)过程到达末态b，已知a、b两态处于同一条绝热线上(图中虚线是绝热线)，则气体在

(A)(1)过程中吸热，

(2)过程中放热．

(B)(1)过程中放热，

(2)过程中吸热．

(C)两种过程中都吸热．