材料热力学 课件 2-第一章 基本知识-2

任课教师：王锦程Office：友谊校区创新大厦B-1318Telmail：jchwang@

热力学什么是热力学热力学的发展历史热力学分类材料热力学什么是材料热力学材料热力学的基本任务上节回顾热力学基本概念系统和环境热力学平衡态状态和状态函数广度性质与强度性质过程与途径饱和蒸汽压相与相图2/331.1热力学简介1.2热力学基本概念1.3气体概述1.4浓度的表示方法1.5热力学中常用的数学知识第一章基本知识3/33固态气态液态凝聚态气体是热力学定律的基本研究对象简单内容引出复杂基础拓展4/33大量气体分子对容器壁不断碰撞引起的动量变化气体分子所占据的空间分子热运动的集体表现物体分子运动平均动能的标志

气体分子的数目气体状态的描述温度压力体积摩尔量5/33

理想气体状态方程低压气体经验定律理想气体状态方程6/33理想气体：任意温度和压力下，都严格服从理想气体状态方程的气体。理想气体状态方程理想气体的微观假设分子间无相互作用力※低压(低密度)实际气体可近似当作理想气体

低压气体分子本身不占有体积（分子是几何点）7/33理想气体模型的基本特征是分子不断地作无规则运动、它们均匀分布在整个容器中各种分子间的作用相等，各种分子的体积大小相等所有分子都可看作一个质点，并且它们具有相等的能量分子间无作用力，分子本身无体积ABCD提交8/33单选题1分实际气体状态方程实际气体状态方程低压气体高压气体

分子间相互作用力9/33实际气体状态方程VanderWaals方程VanderWaals1910年获诺贝尔物理学奖思路：分别对理想气体的两个近似进行修正（1873年）范德华方程：

a和b：VanderWaals常数分子间作用力气体分子体积

理想气体方程：

碰撞容器壁的动量效应

气体分子自由运动空间

具有思想性（科学研究方法）和奠基作用

内压10/33真实气体在如下哪个条件下，可以近似作为理想气体处理？高温、高压低温、低压高温、低压低温、高压ABCD提交11/33单选题1分

只有分子体积效应时

课堂讨论

12/33

只有分子引力效应时

Z与1的差值代表气体对理想气体的偏差程度，Z越大，气体越难压缩。

实际气体状态方程压缩因子Z

范德华方程仅适用于中压气体，具有学术价值工程应用13/33

理想气体的压缩因子Z=1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子(

)小于1大于1可能小于1，也可能大于1

以上答案均不对ABCD提交14/33单选题1分1.1热力学简介1.2热力学基本概念1.3气体概述1.4浓度的表示方法1.5热力学中常用的数学知识第一章基本知识15/33

二阶导数与求导次序无关

L和M是独立变量x和y的函数

全微分的充要条件全微分的性质

16/33常用数学关系式

17/332.1热平衡定律与热力学温标

2.2热力学第一定律

2.3功的计算

2.4热的计算

2.5第一定律在理想气体中的应用

2.6第一定律在实际气体中的应用

2.8第一定律在相变过程中的应用第二章热力学第一定律18/33如果两个热力学系统每个都和第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡热力学第零定律（热平衡定律）也可表示为：一切互为热平衡的物体，具有相同的温度温度计测温的依据Fowler，1930年热平衡定律1927年索尔维会议19/33摄氏温标开氏温标华氏温标FahrenheitCelsius热力学温标温标三要素：测温物质、测温属性、固定点(插值方法)伽利略，159320/33

理想气体温标根据Boyle–Mariotte定律

摄氏温标测温物质：理想气体测温属性：固定点：绝对0度和水的三相点温度插值方法：线性插值0273.16=TtpT(K)

-273.15

水的沸点和冰点0100T(°C)f(T)热力学绝对温标建立在热力学第二定律基础上，和测温物质无关的理想温标热力学温标21/33关于热力学温标的下列说法中不正确的是热力学温度的每一度的大小与摄氏温度的相同 热力学温度的零度记为0K，它等于-273.15℃ 一定质量的气体，当它的温度降低至绝对零度时，气体的压强也应为零C叙述的内容是理论上的推导，实际是达不到的ABCD提交22/33单选题1分2.1热平衡定律与热力学温标

2.2热力学第一定律

2.3功的计算

2.4热的计算

2.5第一定律在理想气体中的应用

2.6第一定律在实际气体中的应用

2.8第一定律在相变过程中的应用第二章热力学第一定律23/33表述2：第一类永动机是不可能制成的热力学第一定律（能量守恒和转化）热力学第一定律是能量守恒与转化定律在热现象领域内所具有的特殊形式，说明内能、热和功之间可以相互转化，但总的能量不变。表述1：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。物理意义：第一定律的文字表述第一定律的文字表述24/33系统整体运动的动能系统在外力场中的势能系统总能量机械能内能与微观粒子运动有关的动能(温度）与粒子间的相互作用有关的势能(体积）

内能、热与功

25/33动能平动能、振动能、转动能固态(振动能）；液态（振动能+少量平动能）；气态（平动能；双原子及以上分子可能存在转动和振动能）运动越剧烈，形式越多，动能越高势能相互作用能(各种键能)势能均为负值原子、分子结合越稳定，势能越低（绝对值大）固体<液体<气体固体真实气体液体理想气体

内能、热与功26/33系统与环境之间因温差而传递的能量称为热，用符号Q

表示。“热”不是冷热的热，不表示温度的高低，是指能量交换。内能、热与功热(heat)环境Surrounding

系统System

环境Surrounding

系统System

系统与环境之间传递的、除热以外的其他能量都称为功，用符号W表示。功(work)Q和W的微小变化用符号

而不能用d表示Q和W的单位都用能量单位J表示Q和W都不是状态函数，其数值与变化途径有关27/33设想系统由状态(1)变到状态(2)，系统与环境的热交换为Q，功交换为W，则系统内能的变化为：

对微小变化

系统内能的增量等于系统吸收的热量加上环境对系统作的功第一定律的数学表达

状态函数

过程函数系统吸热系统放热W>0W<0Q<0系统Q>0对环境作功对系统作功环境

U>0

U<0Clausius是第一位把热力学第一定律用数学形式表达出来的人28/33热力学第一定律是理论和实践相结合的产物内能热功当量计算热动说实验基础：热功当量热力学第一定律是能量守恒定律的特殊情况热与能的区别：热是特殊的能量形态内能概念：揭示热功转化的本质理论基础：第一定律的讨论29/33关于热和功，下面的说法中不正确的是功和热只出现于系统状态变化的过程中，仅存在于系统和环境间的界面上只有在封闭系统发生的过程中，功和热才有明确的意义功和热不是系统的能量，而是能量传递的两种形式，可称之为被交换的能量在封闭系统中发生的过程，若内能不变，则功和热对系统的影响必互相抵消ABCD提交30/33单选题1分下面的说法符合热力学第一定律的是在一完全绝热且边界为刚性的密闭容器中发生化学反应时，其