大學(xué)物理課件：A 10熱力學(xué)基礎(chǔ) _1f

1、1第10章 熱力學(xué)基礎(chǔ)華中科技大學(xué)2 熱力學(xué)研究的目的在于如何有效地利用熱能，熱力學(xué)利用分子運(yùn)動(dòng)論的結(jié)論，關(guān)注熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀效應(yīng)。估計(jì)1kg的氧氣（雙原子分子）在室溫下的內(nèi)能： 這一能量可以使普通40W電燈工作 81分鐘! 將 100kg 的物體提升近 200米 的高度！熱力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)可觀的能量資源?？捎写说群檬掳l(fā)生？問題：就在于如何利用理想氣體的能量資源把無序的分子運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為有序的宏觀運(yùn)動(dòng)。 大規(guī)模利用熱能資源是以蒸汽機(jī)為標(biāo)志的第一次工業(yè)革命。3第10章 熱力學(xué)基礎(chǔ)10.1 熱力學(xué)第一定律10.2 熱容量10.3 熱力學(xué)第一定律應(yīng)用10.4 循環(huán)過程 卡諾循環(huán)10.5 熱力學(xué)第二定律10

2、.6 熵 熵增加原理10.7 熵的統(tǒng)計(jì)表述4 一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)需要一定的物理量描述，由于氣體的特性，系統(tǒng)在變化時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)某局部物理量與系統(tǒng)其它局部物理量的差異，則描述系統(tǒng)出現(xiàn)困難。 實(shí)際系統(tǒng)變化時(shí)，需要一定的時(shí)間后才能得到均勻的平衡態(tài)。10.1 熱力學(xué)第一定律系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)系統(tǒng)經(jīng)歷了一個(gè)熱力學(xué)過程另一平衡態(tài)實(shí)際的熱力學(xué)過程中任一狀態(tài)都不是平衡態(tài)。5 因?yàn)闋顟B(tài)圖中任何一點(diǎn)都表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)， 故準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用狀態(tài)圖中的一條曲線表示，反之亦如此。 VPO等溫過程等容過程等壓過程循環(huán)過程狀態(tài)圖 用系統(tǒng)的狀態(tài)參量為坐標(biāo)軸作的圖，如P-V圖 （或P-T圖，V-T圖） 準(zhǔn)靜態(tài)過程：熱力學(xué)系統(tǒng)變化時(shí)

3、，所經(jīng)歷的每一狀態(tài)都是平衡態(tài)的過程。絕熱過程6 一 熱力學(xué)系統(tǒng)的功以氣體在汽缸內(nèi)膨脹（準(zhǔn)靜態(tài)過程）為例：功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)(系統(tǒng)內(nèi)能變化)。熱力學(xué)系統(tǒng)中，要用熱力學(xué)量( p、V、T )描述功。7x以氣體在汽缸內(nèi)膨脹（準(zhǔn)靜態(tài)過程）為例：功是能量交換或轉(zhuǎn)化的一種量度，做功改變系統(tǒng)的狀態(tài)(系統(tǒng)內(nèi)能變化)。熱力學(xué)系統(tǒng)中，要用熱力學(xué)量( p、V、T )描述功。 一 熱力學(xué)系統(tǒng)的功8xA 0 系統(tǒng)對外做功（體積膨脹）A 0 系統(tǒng)對外做負(fù)功（體積被壓縮）9 A是p(V)曲線下的面積，且與曲線具體形狀有關(guān)。結(jié)果不唯一！問題:汽缸的活塞運(yùn)動(dòng)后返回原態(tài)，汽缸內(nèi)理想氣體對外界的功是零？

4、其內(nèi)能的變化是零？10例題：理想氣體質(zhì)量為m，由（p1V1）態(tài)等溫的變化到（p2V2）態(tài)。過程是準(zhǔn)靜態(tài)，求氣體系統(tǒng)的功。逆過程的功符號(hào)相反，外界對系統(tǒng)做功。11做“功”總是伴隨能量傳遞（或轉(zhuǎn)化）。系統(tǒng)與外界有“功”的交換物體分子的規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量機(jī)械能物體分子的無規(guī)運(yùn)動(dòng)能量系統(tǒng)內(nèi)能機(jī)械能系統(tǒng)內(nèi)能二 熱量 Q利用系統(tǒng)和外界溫度的不同來改變系統(tǒng)內(nèi)能的方法傳熱在傳熱過程中，傳遞給系統(tǒng)能量的多少稱為熱量.單位: J(焦耳)或 cal(卡), ( 1卡 = 4.18 焦耳 )12系統(tǒng)從外界吸熱系統(tǒng)向外界放熱 向系統(tǒng)傳遞熱量、系統(tǒng)的內(nèi)能的變化及系統(tǒng)與外界的功有一定的數(shù)量關(guān)系。 二 熱量 Q在傳熱過程中，傳遞給

5、系統(tǒng)能量的多少稱為熱量.內(nèi)能的變化外界對系統(tǒng)作功（或反之）外界對系統(tǒng)傳熱（或反之）單位: J(焦耳)或 cal(卡), ( 1卡 = 4.18 焦耳 )約定：13 設(shè)某過程，系統(tǒng)從外界吸熱Q，并對外界作功A，系統(tǒng)內(nèi)能從E1E2，由能量守恒定律可得：三熱力學(xué)第一定律外界對系統(tǒng)所傳遞的熱：一部分用于系統(tǒng)對外作功， 一部分使系統(tǒng)內(nèi)能增加。熱力學(xué)第一定律實(shí)質(zhì)是包含熱能在內(nèi)的能量守恒定律。14系統(tǒng)內(nèi)能不變，只能是系統(tǒng)溫度不變的過程等溫過程。15 系統(tǒng)與外界無功的交換。系統(tǒng)變化的過程中體積始終不變等容過程。系統(tǒng)變化的過程中始終與外界無熱量交換絕熱過程16注意： 由于內(nèi)能是狀態(tài)量，功 A 和熱量 Q 都是過程量，與氣體的具體變化過程有關(guān)。 只要理想氣體的初、末態(tài)確定，內(nèi)能的變化就確定，與氣體的變化過程無關(guān)！17求內(nèi)能的改變求系統(tǒng)的功求系統(tǒng)的熱交換注意內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)，與過程無關(guān)。解：10-T118熱力學(xué)第一定律CA兩點(diǎn)的內(nèi)能差：放熱CA過程的熱量交換:解：10-T319bca絕熱過程：b1a過程： （-） （+）b2a過程：10-T520定義摩爾熱容：摩爾熱容C： 1摩爾的理想氣體溫度變化1K所交換的熱量。 設(shè)理想氣體的質(zhì)量m，溫度從T1變化到T2，系統(tǒng)交換的熱量Q：10.2 理想氣體的熱容如果已知摩爾熱容，質(zhì)量m理想氣體交換的熱量為