南理工大學(xué)物理上第7章7-(1-3)熱力學(xué)基礎(chǔ)ppt課件

1、第七章 熱力學(xué)基礎(chǔ),研究系統(tǒng)在狀態(tài)變化過(guò)程中熱與功的轉(zhuǎn)換關(guān)系和條件,1 掌握功和熱量的概念，正確理解平衡過(guò)程、可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程。 2 掌握熱力學(xué)第一定律及其符號(hào)規(guī)則，能熟練地分析、計(jì)算理想氣體各等值過(guò)程和絕熱過(guò)程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量。 3 掌握摩爾定容熱容和摩爾定壓熱容的概念，正確理解梅耶公式中R的物理意義。 4 掌握在理想氣體作為工作物質(zhì)的條件下，熱機(jī)循環(huán)效率特別是卡諾循環(huán)效率的計(jì)算。 5 正確理解熱力學(xué)第二定律的兩種敘述及其等價(jià)性，了解熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義，了解熵的概念,一、內(nèi)能 功和熱量,3）實(shí)際氣體內(nèi)能： 所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間勢(shì)能的總和,2）理想氣體內(nèi)能,內(nèi)能是狀

2、態(tài)量,是狀態(tài)參量T的單值函數(shù),內(nèi)能是狀態(tài)參量T、V的單值函數(shù),7-1 熱力學(xué)第一定律,1）內(nèi)能：系統(tǒng)處于一定狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有分子能量的總和,4）系統(tǒng)內(nèi)能改變的兩種方式,作功是系統(tǒng)熱能與外界其它形式能量轉(zhuǎn)換的量度,10、做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài) 摩擦升溫（機(jī)械功）、電加熱（電功） 功是過(guò)程量(宏觀功,20、熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能 熱量是過(guò)程量（微觀功,熱量是系統(tǒng)與外界熱能轉(zhuǎn)換的量度,使系統(tǒng)的狀態(tài)改變，傳熱和作功是等效的,內(nèi)能是狀態(tài)量,某一過(guò)程，系統(tǒng)從外界吸熱 Q，對(duì)外界做功 A，系統(tǒng)內(nèi)能從初始態(tài) E1變?yōu)?E2，則由能量守恒,熱力學(xué)第一定律的普遍形式,二、 熱力學(xué)第一定律,無(wú)限小過(guò)程(元過(guò)程,

3、Q0，系統(tǒng)吸收熱量；Q0,系統(tǒng)對(duì)外作功；A0,系統(tǒng)內(nèi)能增加，E0,系統(tǒng)內(nèi)能減少,規(guī)定,對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，如果系統(tǒng)對(duì)外作功是通過(guò)體積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的，則,熱力學(xué)第一定律另一表述： 制造第一類永動(dòng)機(jī)(能對(duì)外不斷自動(dòng)作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的機(jī)器)是不可能的,當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)在外界影響下，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程，稱為熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程,熱力學(xué)過(guò)程,三、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，如果過(guò)程中所有中間態(tài)都可以近似地看作平衡態(tài)的過(guò)程,非靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過(guò)程中所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過(guò)程,弛豫時(shí)間： 從平衡態(tài)破壞到新平衡態(tài)建立所需的時(shí)間,

4、對(duì)于實(shí)際過(guò)程，若系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的特征時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間，則可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,pV圖上，一點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)，一條連續(xù)曲線代表一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程,這條曲線的方程稱為過(guò)程方程，準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程是一種理想的過(guò)程,四、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的功和熱量、內(nèi)能,當(dāng)活塞移動(dòng)微小位移dl時(shí)， 系統(tǒng)對(duì)外界所作的元功為,系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，系統(tǒng)對(duì)外界作總功為,1、體積功的計(jì)算,體積功的圖示,比較 a , b過(guò)程可知，功的數(shù)值不僅與初態(tài)和末態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過(guò)程的路徑有關(guān)。 功是過(guò)程量,由積分意義可知，功的大小等于pV 圖上曲線pV與V軸所包圍的面積,2、內(nèi)能的計(jì)算（理氣,對(duì)封閉系統(tǒng)，氣體種類，質(zhì)量不變

5、,3、熱量Q的計(jì)算,7-3熱力學(xué)第一定律在理想氣體等值過(guò)程中應(yīng)用,1.等體過(guò)程,V=恒量，dV=0，dA=pdV=0,等體過(guò)程中，外界傳給氣體的熱量全部用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，系統(tǒng)對(duì)外不作功,2. 等壓過(guò)程,p=恒量，dp0,等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來(lái)增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用來(lái)對(duì)外做功,3. 等溫過(guò)程,T=恒量，dT=0，dE=0,等溫過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功，系統(tǒng)內(nèi)能保持不變,一、熱容量與摩爾熱容量,表示升高1K所吸收的熱量,熱容量：系統(tǒng)在某一無(wú)限小過(guò)程中吸收熱量dQ與溫度變化dT的比值稱為系統(tǒng)在該過(guò)程的熱容量（C,摩爾熱容量：1mol物質(zhì)的熱容量（Cm,比熱容：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的

6、熱容量（C比）,7-2 氣體的摩爾熱容量,二、理想氣體的摩爾熱容量,1、理想氣體的定體摩爾熱容量,理想氣體,理想氣體的內(nèi)能另表述,等體過(guò)程中 摩爾氣體吸熱為,邁耶公式,2、理想氣體的定壓摩爾熱容量,3、比熱容比,理想氣體,計(jì)算各等值過(guò)程的熱量、功和內(nèi)能的理論基礎(chǔ),4） 各等值過(guò)程的特性,一 等體過(guò)程 定體摩爾熱容,二 等壓過(guò)程 定壓摩爾熱容,摩爾熱容比,三 等溫過(guò)程,絕熱,多方,V=C A=0,P=C,T=C dE=0,例2:某理想氣體的p-V關(guān)系如圖所示，由初態(tài)a經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程直線ab變到終態(tài)b。已知該理想氣體的定體摩爾熱容量CV=3R，求該理想氣體在ab過(guò)程中的摩爾熱容量,解：ab過(guò)程方程為