大學物理——熱力學基礎PPT學習教案

1、會計學1大學物理大學物理熱力學基礎熱力學基礎本章用熱力學方法研究系統(tǒng)在狀態(tài)變化過程中熱與功的轉換關系（熱力學第一定律）和條件（熱力學第二定律） 熱力學從能量觀點出發(fā)，分析、說明熱力學系統(tǒng)熱、功轉換的關系和條件。是宏觀理論。 分子運動論從牛頓力學出發(fā)，采用統(tǒng)計方法說明壓強、溫度和內能的物理本質。是微觀理論。對比第1頁/共72頁一、內能 E（焦耳J）12EEE 內能的增量 只取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài)，而與過程無關。理想氣體內能：RTiMMEmol2 內能是狀態(tài)參量 T 的單值函數。1 內能 體積功 熱量 準靜態(tài)過程 注意：一個內能可以對應多個狀態(tài)第2頁/共72頁系統(tǒng)內能改變的兩種方式: 做功 熱傳遞1

2、、 功是能量傳遞與轉化的量度。 功是過程量而非態(tài)函數。兩個平衡態(tài)之間可經歷不同的準靜態(tài)過程，系統(tǒng)所做的功不同。 2、熱量是系統(tǒng)與外界存在溫度差而傳遞的能量 熱量是過程量。它是與某一過程相聯(lián)系的。3、使系統(tǒng)的狀態(tài)改變，傳熱和作功是等效的。第3頁/共72頁二、準靜態(tài)過程熱力學過程：熱力學系統(tǒng)在外界影響下，從一個狀態(tài)到另一個狀態(tài)的變化過程。熱力學過程非靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 準靜態(tài)過程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，如果過程中所有中間態(tài)都可以近似地看作平衡態(tài)的過程。非靜態(tài)過程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過程中所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過程。第4頁/共72頁氣體砂堆準靜態(tài)過程 P-V圖上一個點 A 或 B 表

3、示一個平衡態(tài)；一條曲線表示一個準靜態(tài)過程，或平衡過程。對于準靜態(tài)過程，系統(tǒng)所經歷的中間態(tài)都無限接近于平衡態(tài)（過程進行的很緩慢）。PV1V2VP1P2AB這條曲線的方程稱為過程方程，第5頁/共72頁 (A) 是平衡過程，它能用pV 圖上的一條曲線表示 (B) 不是平衡過程，但它能用 pV圖上的一條曲線表示 (C) 不是平衡過程，它不能用 pV圖上的一條曲線表示 (D) 是平衡過程，但它不能用 pV圖上的一條曲線表示 例題：如圖所示，當氣缸中的活塞迅速向外移動從而使氣體膨脹時，氣體所經歷的過程 p 首先確定它不是平衡過程。 pV圖只能表示平衡過程。只能選（C）第6頁/共72頁氣體對外界作的元功為：

4、, 0dV 系統(tǒng)對外作正功；, 0dV 系統(tǒng)對外作負功；, 0dV 系統(tǒng)不作功。 21VVPdVA 活塞與汽缸無摩擦PSdl三、準靜態(tài)過程的功和熱量外界對系統(tǒng)作功: -ApdVpSdlFdldA 第7頁/共72頁 功的大小等于PV 圖上過程曲線P=P(V)下的面積。 功與過程路徑有關。 21VVPdVA PABV01V2V 11VVPdVPdV對比沿著不同路徑從狀態(tài)A到B所做的功第8頁/共72頁公式適用條件: (1)準靜態(tài)過程(2)外界壓力保持恒定情況下的非準靜態(tài)過程,此時P應理解為外界壓強。如：氣體的自由膨脹過程中，系統(tǒng)對外作的功A0 (3)無論是準靜態(tài)過程，還是非準靜態(tài)過程，體積不變時，都

5、有A0第9頁/共72頁(1) 如果氣體的膨脹過程為a1b，則氣體對外做功W_； (2) 如果氣體進行a2b1a的循環(huán)過程，則它對外做功W_例題： 如圖所示，已知圖中畫不同斜線的兩部分的面積分別為S1和S2，那么 1 2 p V O a b S1 S2 S1+ S2 - S1 第10頁/共72頁2. 準靜態(tài)過程中熱量的計算(1) 熱容法dTCMMdQmmol )TT(CMMQmmol12- - Cm (摩爾熱容)：1 mol 物質升高 1K 所吸收的熱量(2) 利用熱力學第一定律第11頁/共72頁法卡諾，工程師，第一個把熱與功聯(lián)系起來。（34歲）邁耶，醫(yī)生，第一個作出熱功當量的定量計算。（28歲

6、）德焦耳，工業(yè)管理家，精確求出熱功當量的關系。（25歲）英赫姆霍茲，生理學家。多方面論證了能量轉化和守恒定律。（32歲）德第12頁/共72頁AEQ 包括熱現象的能量守恒外界傳給系統(tǒng)熱量內能增量系統(tǒng)對外作功對于微小過程：dAdEdQ得到的=留下的+付出的P、V、T一、 熱力學第一定律：第13頁/共72頁規(guī)定Q0，系統(tǒng)吸收熱量；Q0,系統(tǒng)對外作正功；A0,系統(tǒng)內能增加，EAac,故Q0,吸熱而對ad， Aad 10lnkSSS1212 - - 熵增加原理熵變:平衡態(tài)對應于熵最大的狀態(tài)第69頁/共72頁熵增原理的微觀實質是： 孤立系統(tǒng)內部發(fā)生的過程總是由熱力學幾率小的狀態(tài)向熱力學幾率大的狀態(tài)過度。或者說 由非平衡態(tài)向著平衡態(tài)進行。或者說 向著無序度增大的方向進行。 在孤立系統(tǒng)中所進行的自然過程總是沿著熵增大的方向進行，平衡態(tài)對應于熵最大的狀態(tài)，這就是熵增加原理。對孤立系統(tǒng)（絕熱）：0dS 如過程可逆，熵不變； 如過程不可逆，熵增加。第70頁/共72頁貝多芬 L . Van Beethoven ,徳 , (1770-1827) 58歲, 第九交響曲, 死后埋在維也納威靈墓地.革命（蕭邦）.mp3舒伯特 F. Schubert , 奧, (1797-1828) 32歲, C大調交響曲,