論熱力學(xué)的基本規(guī)律課件

第1章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述1.2熱平衡定律和溫度1.3物態(tài)方程1.4熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能1.5熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹?.6熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示1.7熵增加原理及其簡(jiǎn)單應(yīng)用第1章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述1一、熱力學(xué)系統(tǒng)二、熱力學(xué)平衡態(tài)三、狀態(tài)參量1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述返回一、熱力學(xué)系統(tǒng)二、熱力學(xué)平衡態(tài)三、狀態(tài)參量1.1熱力學(xué)系統(tǒng)2由大量微觀粒子（分子、原子等）組成并作為我們的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)研究對(duì)象叫熱力學(xué)系統(tǒng)，與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體叫外界。孤立系統(tǒng)：與外界無(wú)物質(zhì)和能量交換和其他作用的系統(tǒng)；封閉系統(tǒng)：與外界無(wú)物質(zhì)交換但有能量交換的系統(tǒng)；開(kāi)放系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換和能量交換的系統(tǒng)。一、熱力學(xué)系統(tǒng)返回由大量微觀粒子（分子、原子等）組成并作為我們的3對(duì)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)叫熱力學(xué)平衡態(tài)。熱力學(xué)平衡態(tài)的特點(diǎn)⑴這是一種熱動(dòng)平衡；⑵描述熱力學(xué)平衡態(tài)的宏觀量（稱宏觀參量）的個(gè)數(shù)最少。⑶平衡態(tài)可以用p-V圖或V-T、p-T圖中一個(gè)點(diǎn)表示。二、熱力學(xué)平衡態(tài)返回對(duì)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而4熱力學(xué)平衡態(tài)可以用數(shù)目最少的一些宏觀物理量（用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量）來(lái)表示。能完全描述系統(tǒng)平衡態(tài)性質(zhì)的、彼此獨(dú)立的物理量叫狀態(tài)參量。狀態(tài)參量分類：（1）按描述的性質(zhì)分類（2）按該量是否具有可加性分類三、狀態(tài)參量返回?zé)崃W(xué)平衡態(tài)可以用數(shù)目最少的一些宏觀物理量（用5（1）按描述的性質(zhì)分類返回幾何參量（如體積）力學(xué)參量（如壓強(qiáng)）化學(xué)參量（如摩爾數(shù)）電磁參量（如電場(chǎng)強(qiáng)度、電極化強(qiáng)度等）熱學(xué)參量（如溫度）（1）按描述的性質(zhì)分類返回幾何參量（如體積）力學(xué)參量（如壓強(qiáng)6廣延量：具有可加性的量（如體積、質(zhì)量）強(qiáng)度量：不具有可加性的量（如壓強(qiáng)、溫度、質(zhì)量密度等）V1、M1P1、T1、ρ1V2、M2P2、T2、ρ2V=V1+V2M=M1+M2（廣延量）P≠p1+p2Ρ≠ρ1+ρ2（強(qiáng)度量）圖1.1.1（2）按該量是否具有可加性分類返回廣延量：具有可加性的量（如體積、質(zhì)量）強(qiáng)度量：不具有可加性的7本節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握：（1）熱平衡定律的文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)表示、使用條件和重要性：（2）溫度的概念以及幾種溫標(biāo)。一、熱平衡定律二、溫度和溫標(biāo)⒈2熱平衡定律和溫度返回本節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握：（1）熱平衡定律的文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)表示、使用條81、文字?jǐn)⑹?、數(shù)學(xué)表示3、適用范圍和重要性一、熱平衡定律返回1、文字?jǐn)⑹?、數(shù)學(xué)表示3、適用范圍和重要性一、熱平衡定律返91、文字?jǐn)⑹鋈绻麅蓚€(gè)物體（如A和B）都與第三個(gè)物體（如C）達(dá)到熱平衡，則它們彼此處于熱平衡。返回1、文字?jǐn)⑹鋈绻麅蓚€(gè)物體（如A和B）都與第三個(gè)物10若A與C達(dá)到熱平衡，即它們的狀態(tài)參量PA、VA、PC、VC之間滿足：（1）若B與C達(dá)到熱平衡，即滿足：若A與B達(dá)到熱平衡，即滿足：2、數(shù)學(xué)表示（2）（3）返回若A與C達(dá)到熱平衡，即它們的狀態(tài)參量PA、V11適用范圍：只對(duì)由大量微觀粒子組成的且在時(shí)間、空間上有限的宏觀系統(tǒng)重要性：該定律定義了溫度，為制造溫度計(jì)和比較溫度的高低提供了理論根據(jù)3、適用范圍和重要性返回適用范圍：只對(duì)由大量微觀粒子組成的且在時(shí)間、121、溫度2、溫標(biāo)二、溫度和溫標(biāo)返回1、溫度2、溫標(biāo)二、溫度和溫標(biāo)返回13溫度是反映兩物體處于熱平衡的性質(zhì)的函數(shù)。溫度的微觀定義：溫度是表征組成系統(tǒng)的微觀粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。1、溫度返回溫度是反映兩物體處于熱平衡的性質(zhì)的函數(shù)。14溫度的數(shù)值表示叫溫標(biāo)。①經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：②理想氣體溫標(biāo)（溫度為T、單位K)定義：③熱力學(xué)溫標(biāo)[溫度T，單位（開(kāi)爾文）K]：由熱機(jī)率定義適用于10-4K→104K的溫度范圍在理想氣體溫標(biāo)使用范圍內(nèi)，它與理想氣體溫標(biāo)一致2、溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（t）單位：0C華氏溫標(biāo)（F）單位：0F返回溫度的數(shù)值表示叫溫標(biāo)。①經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：②理想氣體溫標(biāo)（溫15一、物態(tài)方程的概念二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程三、簡(jiǎn)單固體和液體的物態(tài)方程四、其它物質(zhì)體系的物態(tài)方程1.3物態(tài)方程返回一、物態(tài)方程的概念二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程三、簡(jiǎn)單固體和液體的16物體處于平衡態(tài)時(shí)，各狀態(tài)參量與溫度之間所滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系式叫物態(tài)方程。對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)狀態(tài)方程為：一、物態(tài)方程的概念（1）狀態(tài)方程的確定方法：（1）實(shí)驗(yàn)方法（2）理論方法返回物體處于平衡態(tài)時(shí)，各狀態(tài)參量與溫度之間所滿足的17直接測(cè)量或應(yīng)用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出：定壓膨脹系數(shù)α（2）壓強(qiáng)系數(shù)β等溫壓縮系數(shù)KT三者關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)方法返回（3）（4）（5）直接測(cè)量或應(yīng)用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出：定壓膨18依據(jù)具體物質(zhì)的性質(zhì)，建立微觀模型，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理理論導(dǎo)出。（2）理論方法返回依據(jù)具體物質(zhì)的性質(zhì)，建立微觀模型，應(yīng)用統(tǒng)（2）理論191、理想氣體物態(tài)方程2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程3、普遍情況的實(shí)際氣體狀態(tài)方程為昂尼斯方程二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程返回1、理想氣體物態(tài)方程2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程3、普遍情況的實(shí)20根據(jù)玻馬定律、阿伏伽德羅定理和理想氣體溫標(biāo)的定義導(dǎo)出：（6）設(shè)系統(tǒng)質(zhì)量為M，摩爾質(zhì)量為μ，則n=M/μ。（6）式可寫為：（7）設(shè)總分子為N，利用摩爾數(shù)n=N/N0，可寫為：（8）1、理想氣體物態(tài)方程返回適用條件（1）無(wú)外場(chǎng)（不考慮重力等）作用下的理想氣體；（2）大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)且是慣性系；（3）系統(tǒng)處于平衡態(tài)；（4）溫度不太低和不太高根據(jù)玻馬定律、阿伏伽德羅定理和理想氣體溫標(biāo)的定義導(dǎo)出：（6）21范德瓦爾氣體的微觀模型叫剛球引力模型（9）其中：b約為1mol氣體分子剛球體積的4倍；而a為與引力有關(guān)的常數(shù)。2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程返回（10）（1mol）（nmol）范德瓦爾氣體的微觀模型叫剛球引力模型（9）其中：b約為1mo22（11）B（T）、C（T）······分別叫第二、三、······維里系數(shù)3、普遍情況的實(shí)際氣體狀態(tài)方程為昂尼斯方程返回（11）B（T）、C（T）······分別叫第二、三、···23同除V得到對(duì)固體和液體，α、KT很小，并假定為常數(shù)，將上式積分并作級(jí)數(shù)展開(kāi)，取近似（12）三、簡(jiǎn)單固體和液體物態(tài)方程返回令V=V（T，P）進(jìn)行微分，并利用定義式（2）、（3）得到同除V得到對(duì)固體和液體，α、KT很小，并假定為常數(shù)，將241、順磁固體（13）2、表面系統(tǒng)表面張力系數(shù)σ只與溫度有關(guān)：四、其它物質(zhì)體系的物態(tài)方程（T0是臨界溫度）返回磁化強(qiáng)度1、順磁固體（13）2、表面系統(tǒng)表面張力系數(shù)σ只與溫度有關(guān)：25一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功三、內(nèi)能的概念四、熱量和熱力學(xué)第一定律五、熱容量六、焓七、理想氣體的內(nèi)能八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱容量九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱Q十、理想氣體卡諾循環(huán)1.4熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能返回一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功三、內(nèi)能的概念26⒈準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)

系統(tǒng)狀態(tài)的變化叫過(guò)程。如果一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷的過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，系統(tǒng)在過(guò)程中的每一個(gè)狀態(tài)都可以看作平衡態(tài)，則這種過(guò)程叫準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)是一種理想情況。⒉準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的性質(zhì)（1）可用p—V等狀態(tài)圖中的一條連續(xù)曲線表示。理想氣體的等溫、等壓、等容過(guò)程曲線如圖1.4.1所示。（2）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)的壓強(qiáng)等于氣體的壓強(qiáng)。等壓等容等溫圖⒈⒋1一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)返回⒈準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的變化叫過(guò)程。如27系統(tǒng)對(duì)外作功為正，若系統(tǒng)對(duì)外作功為負(fù)，即系統(tǒng)反抗外界作功。規(guī)定：1、簡(jiǎn)單系統(tǒng)2、作功的圖示3、其他系統(tǒng)對(duì)外作功二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功返回系統(tǒng)對(duì)外作功為正，若系統(tǒng)對(duì)外作功為負(fù)，即系統(tǒng)反抗外界作功。規(guī)28體積膨脹dV時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功（1）VA→VB時(shí)，作功為1、簡(jiǎn)單系統(tǒng)以p，V為參量的系統(tǒng)返回（2）體積膨脹dV時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功（1）VA→VB時(shí)，作功為129V1V20VpV0pV1→V2過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功等于p—V圖中過(guò)程曲線所圍面積。循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功的凈功等于p—V圖中閉合曲線所圍面積。2、作功的圖示返回V1V20VpV0pV1→V2過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功等于p—30①液體表面膜作功⑶②電介質(zhì)被電場(chǎng)極化時(shí)，系統(tǒng)極化功⑷③磁介質(zhì)放入磁場(chǎng)中被磁化作功為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功可寫為x是系統(tǒng)外參量，稱廣義坐標(biāo)；X是廣義力。對(duì)多個(gè)外參量則：⑸⑺⑹3、其他系統(tǒng)對(duì)外作功返回σ為表面張力系數(shù)①液體表面膜作功⑶②電介質(zhì)被電場(chǎng)極化時(shí)，系統(tǒng)極化功⑷③磁介質(zhì)31焦耳實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程從初態(tài)到末態(tài)的過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)作功僅取決于初態(tài)和末態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)，因而可定義一個(gè)態(tài)的函數(shù)U。UB－UA=WS（1）這個(gè)態(tài)函數(shù)U叫內(nèi)能。內(nèi)能的微觀定義內(nèi)能性質(zhì)三、內(nèi)能的概念返回①是狀態(tài)函數(shù)②單位為焦耳③具有可加性,系統(tǒng)的內(nèi)能是各部分內(nèi)能之和，它是廣延量。內(nèi)能的宏觀定義內(nèi)能是系統(tǒng)中分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量總和的統(tǒng)計(jì)平均值。焦耳實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程從初態(tài)到末態(tài)的過(guò)321、熱量的定義2、熱力學(xué)第一定律3、幾種特殊情況的第一定律4、熱力學(xué)第一定律的重要性四、熱量和熱力學(xué)第一定律返回1、熱量的定義2、熱力學(xué)第一定律3、幾種特殊情況的第一定律433對(duì)非絕熱過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)作功W外與內(nèi)能的變化UB－UA之差稱為系統(tǒng)從外界吸收的熱量Q：（2）1、熱量的定義返回對(duì)非絕熱過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)作功W外與內(nèi)能的變化34將W外=－W（系統(tǒng)對(duì)外作功的負(fù)值）代入（2），得到：該式表明：系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加與系統(tǒng)對(duì)外作功的和，這就是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表示。熱力學(xué)第一定律的微分形式為：（3）（4）2、熱力學(xué)第一定律返回將W外=－W（系統(tǒng)對(duì)外作功的負(fù)值）代入（2），得到：35①孤立系統(tǒng)中的過(guò)程：②絕熱系統(tǒng)中的過(guò)程：③準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：④以p、V為狀態(tài)參量的系統(tǒng)：（5）（6）（7）（8）3、幾種特殊情況的第一定律返回（U為常量）①孤立系統(tǒng)中的過(guò)程：②絕熱系統(tǒng)中的過(guò)程：③準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：④以p36①它將機(jī)械能守恒規(guī)律推廣到熱現(xiàn)象中；②它否定了制造第一類永動(dòng)機(jī)（即不供給能量而不斷對(duì)外作功的機(jī)器）的可能性；③它定義了內(nèi)能、熱量。4、熱力學(xué)第一定律的重要性返回①它將機(jī)械能守恒規(guī)律推廣到熱現(xiàn)象中；②它否定了制造第一類永動(dòng)371、熱容量的概念2、熱容量的計(jì)算公式五、熱容量返回1、熱容量的概念2、熱容量的計(jì)算公式五、熱容量返回38摩爾熱容量，記為C（單位：J·mol-1·K-1），熱容量與過(guò)程有關(guān)：（1）1、熱容量的概念返回單位：j·K-1等溫過(guò)程熱容量CT=∞絕熱過(guò)程熱容量CS=0等容過(guò)程熱容量記為CV等壓過(guò)程的熱容量記為Cp摩爾熱容量，記為C（單位：J·mol-1·K-1），熱容量39由熱力學(xué)第一定律，有若定義態(tài)函數(shù)焓H：則：（2）（3）（4）（5）2、熱容量的計(jì)算公式返回由熱力學(xué)第一定律，有若定義態(tài)函數(shù)焓H：則：（2）（3）（4）40焓的定義為H=U+pV,其物理意義由：六、焓得到：即等壓過(guò)程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)焓的增量返回焓的性質(zhì)：①是系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)②單位是焦耳（J）③是廣延量焓的定義為H=U+pV,其物理意義由：六、焓得到：即等411、焦耳定理2、理想氣體的內(nèi)能3、理想氣體的焓H4、理想氣體熱容差七、理想氣體的內(nèi)能返回1、焦耳定理2、理想氣體的內(nèi)能3、理想氣體的焓H4、理想氣體42焦耳絕熱自由膨脹實(shí)驗(yàn)，證明對(duì)理想氣體，其內(nèi)能U只是溫度的函數(shù)，與體積無(wú)關(guān)，即：這一結(jié)論叫焦耳定理。（1）1、焦耳定理返回焦耳絕熱自由膨脹實(shí)驗(yàn)，證明對(duì)理想氣體，其內(nèi)能43理想氣體由于內(nèi)能只與溫度有關(guān)，得到（2）2、理想氣體的內(nèi)能返回理想氣體由于內(nèi)能只與溫度有關(guān)，得到（2）2、理想氣體的內(nèi)能返44由U=U(T),pV=nRT,可以知道焓H=U+pV也只是溫度的函數(shù)（3）3、理想氣體的焓H返回由U=U(T),pV=nRT,可以知道焓H=U+pV也只45（4）4、理想氣體熱容差返回（4）4、理想氣體熱容差返回461、理想氣體過(guò)程方程2、熱容量八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱容量返回1、理想氣體過(guò)程方程2、熱容量八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱47設(shè)任意過(guò)程中理想氣體的熱容量為C，有：pV=nRT微分，并由⑷，得到：代入上式，并整理得到：Z稱為多方指函數(shù)，它與熱容量的關(guān)系為：對(duì)（5）積分得到：（5）1、理想氣體過(guò)程方程返回（6）（7）設(shè)任意過(guò)程中理想氣體的熱容量為C，有：pV=nRT微分，并由48由（6）求出任意過(guò)程中的熱容量C為：由（7）、（8）得到：當(dāng)Z=0時(shí)，過(guò)程方程為p=常量（等壓過(guò)程），C=Cp當(dāng)Z=1時(shí)，過(guò)程方程為pV=常量（等溫過(guò)程），C=∞當(dāng)Z=γ時(shí)，過(guò)程方程為pVγ=常量（絕熱過(guò)程），C=0當(dāng)Z=∞時(shí)，過(guò)程方程為V=常量（等容過(guò)程），C=CV。（8）2、熱容量返回由（6）求出任意過(guò)程中的熱容量C為：由（7）、（8）得到：當(dāng)49九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱QpVn=常量多方00pVγ=常量絕熱∞0pV=常量等溫P(V2-V1)等壓0等容熱容量?jī)?nèi)能增量△U吸收熱量外界作功過(guò)程方程過(guò)程利用理想氣體內(nèi)能只是溫度的函數(shù)以及pV=nRT和過(guò)程方程pVZ=常量可得返回九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱QpVn=常量50理想氣體卡諾循環(huán)是以理想氣體為工作物質(zhì)、由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程構(gòu)成的可逆循環(huán)過(guò)程。在p—V圖中如圖1.9.1。由循環(huán)效率的定義式：十、理想氣體卡諾循環(huán)可求得理想氣體卡諾循環(huán)的效率：（10）返回0p3p2p1p1234V1V4V2V3V理想氣體卡諾循環(huán)是以理想氣體為工作物質(zhì)、由兩51一、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龆?、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例三、卡諾定理及其推論四、卡諾定理的重要性五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系1.5熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龇祷匾弧崃W(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龆?、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單52自然界中熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行具有方向性，例如：摩擦生熱（功變熱）、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、爆炸等。為了全面描述熱現(xiàn)象的變化規(guī)律，除了第零、第一定律外，還需要一條描述熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行方向的定律。第二定律正是描述熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行方向的規(guī)律。一、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹?、事實(shí)自然界中熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行具有方向性，例如：摩擦53主要有兩種（見(jiàn)書(shū)p40頁(yè)）①克勞修斯敘述（1850年）：②開(kāi)爾文敘述（1851年）：2、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹鰺醾鲗?dǎo)不可逆

功變熱不可逆（或說(shuō)為第二類永動(dòng)機(jī)不可能造成。第二類永動(dòng)機(jī)是指從單一熱源吸熱，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其它影響的機(jī)器）。主要有兩種（見(jiàn)書(shū)p40頁(yè)）①克勞修斯敘述（1850年）：54①“不可能”②兩種說(shuō)法彼此等效（見(jiàn)書(shū)p41的證明）③熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：返回3、應(yīng)該注意的問(wèn)題不引起其它變化不可能采用任何曲折方法回復(fù)原狀不可能自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，而且彼此聯(lián)系的，正因?yàn)閷?shí)質(zhì)相同，所以可挑選其中一種類不可逆過(guò)程來(lái)敘述，自然有不同的敘述。①“不可能”②兩種說(shuō)法彼此等效（見(jiàn)書(shū)p41的證明）③熱力55[例1][例2]二、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例返回[例1][例2]二、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例返回56書(shū)P691.20題由熱力學(xué)第二定律證明兩條絕熱線不可能相交。證明（反證法）：如圖1.10.1，假設(shè)絕熱線1和2相交在P點(diǎn)，利用絕熱線的斜率總大于等溫線斜率，可作等溫線3與它們相交于M、N，這樣就構(gòu)成一循環(huán)過(guò)程，這就是單熱源熱機(jī)，違背開(kāi)爾文敘述。故絕熱線1、2相交是不可能的。12MNp[例1]返回書(shū)P691.20題由熱力學(xué)第二定律證明兩條絕熱線不可57用熱力學(xué)第二定律證明一條等溫線與一絕熱線不能有兩個(gè)交點(diǎn)。證明（反證法）：如果有兩個(gè)交點(diǎn)，則構(gòu)成一循環(huán)，此循環(huán)從單一熱源吸熱而對(duì)外作功，違背第二定律的開(kāi)爾文說(shuō)法。所以有兩個(gè)交點(diǎn)的假設(shè)不成立。[例2]返回用熱力學(xué)第二定律證明一條等溫線與一絕熱線不能有兩個(gè)交點(diǎn)。證581、卡諾定理的文字?jǐn)⑹?、卡諾定理的推論3、卡諾定理的證明三、卡諾定理及其推論返回1、卡諾定理的文字?jǐn)⑹?、卡諾定理的推論3、卡諾定理的證明三59所有工作在兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的效率為最高。1、卡諾定理的文字?jǐn)⑹龇祷厮泄ぷ髟趦蓚€(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆熱機(jī)60所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的可逆機(jī)，其效率都相等。根據(jù)卡諾定理和它的推論，立即得到：可逆機(jī)取等號(hào)，不可逆機(jī)取小于號(hào)。（1）2、卡諾定理的推論返回所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的可逆機(jī)，其效率都相等。根據(jù)卡諾定61用熱力學(xué)第二定律，采用反證明法證明。3、卡諾定理的證明返回用熱力學(xué)第二定律，采用反證明法證明。3、卡諾定理的證明返回621、指明了熱機(jī)效率的極限值和提高熱機(jī)效率的途徑。即增大T1,減小T2。減小不可逆的因素（如漏氣、散熱、摩擦等）。2、為建立熱力學(xué)溫標(biāo)提供依據(jù)四、卡諾定理的重要性（2）該式表明：兩個(gè)熱源的溫度的比值T2/T1，等于工作于這兩個(gè)熱源之間的可逆機(jī)與熱源交換的熱量之比Q2/Q1，為此為依據(jù)建立的溫標(biāo)叫熱力學(xué)溫標(biāo)。返回對(duì)可逆機(jī)（3）故有1、指明了熱機(jī)效率的極限值和提高熱機(jī)效率的途徑。即增大T1,631、兩者的區(qū)別2、兩者的聯(lián)系五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系返回1、兩者的區(qū)別2、兩者的聯(lián)系五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系64理想氣體溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：1、兩者的區(qū)別返回如：是以理想氣體性質(zhì)來(lái)定義，適用于氣體存在的溫度范圍是以熱機(jī)與熱源交換熱量之比Q2/Q1來(lái)定義，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，適用于所有溫度范圍。理想氣體溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：1、兩者的區(qū)別返回如：是以理想氣體65在理想氣體溫標(biāo)適用的范圍內(nèi)，兩種溫標(biāo)一致。2、兩者的聯(lián)系返回在理想氣體溫標(biāo)適用的范圍內(nèi)，兩種溫標(biāo)一致。2、兩者的聯(lián)系返回66一、克勞修斯等式與不等式二、態(tài)函數(shù)熵三、溫熵圖四、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示五、熱力學(xué)基本方程1.6熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示返回一、克勞修斯等式與不等式二、態(tài)函數(shù)熵三、溫熵圖四、熱力學(xué)第671、兩個(gè)熱源情況2、多個(gè)熱源情況3、熱源無(wú)限多且溫度連續(xù)變化情況一、克勞修斯等式與不等式返回1、兩個(gè)熱源情況2、多個(gè)熱源情況3、熱源無(wú)限多且溫度連續(xù)變化68由卡諾定理，有將Q2定義為從T2的熱源吸收的熱量，把放熱理解為吸收負(fù)熱量，則有其中可逆過(guò)程取等號(hào)，不可逆取小于號(hào)。⑴稱為克勞修斯等式與不等式1、兩個(gè)熱源情況返回（1）由卡諾定理，有將Q2定義為從T2的熱源吸收的熱量，把放熱理解692、多個(gè)熱源情況返回2、多個(gè)熱源情況返回70可逆過(guò)程取等號(hào)，熱源溫度等于系統(tǒng)的溫度。3、熱源無(wú)限多且溫度連續(xù)變化情況返回可逆過(guò)程取等號(hào)，熱源溫度等于系統(tǒng)的溫度。3、熱源無(wú)限多且溫度711、熵的定義2、理想氣體的熵二、態(tài)函數(shù)熵返回1、熵的定義2、理想氣體的熵二、態(tài)函數(shù)熵返回72①宏觀定義②微觀定義1、熵的定義返回①宏觀定義②微觀定義1、熵的定義返回73將可逆過(guò)程的克勞修斯等式應(yīng)用于任意可逆循環(huán)過(guò)程，可得到或可見(jiàn)：可逆過(guò)程中，熱溫比δQ/T積分與路徑無(wú)關(guān)，由此定義態(tài)函數(shù)熵：pVR1R2AB（3）①宏觀定義返回積分定義微分定義（4）將可逆過(guò)程的克勞修斯等式應(yīng)用于任意可逆循環(huán)過(guò)程，可得到或74熵是系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的混亂程度（即無(wú)序度）的定量表示。②微觀定義返回熵是系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的混亂程度（即75由dS=δQ/T和熱力學(xué)第一定律δQ=dU+pdV，得到再將dU=CVdT，p=nRT/V代入，積分得若采用T、p為參量（5）2、理想氣體的熵返回（6）若采用T、V為參量由dS=δQ/T和熱力學(xué)第一定律δQ=dU+pdV，得到再將76以T為縱坐標(biāo)，S為橫坐標(biāo)建立的狀態(tài)圖叫T—S圖0DCABTS陰影面積=A→B過(guò)程吸熱S0T三、溫熵圖（T—S圖）陰影面積=循環(huán)過(guò)程吸收凈熱量以T為縱坐標(biāo)，S為橫坐標(biāo)建立的狀態(tài)圖叫T—S圖0DCABTS77①④③②0ST①等溫：T=常量②絕熱：S=常量③等容：T=常量×eS/CV④等壓：T=常量×eS/Cp返回①④③②0ST①等溫：T=常量②絕熱：S=常量③等容：78將應(yīng)用于如圖所示不可逆循環(huán)過(guò)程和利用熵的定義，可得到：四、熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示（7）等號(hào)為可逆，不等號(hào)為不可逆，T為熱源溫度微分形式為（7）、（8）為第二定律的數(shù)學(xué)表示pABV0返回（8）將應(yīng)用于如圖所示不可逆循環(huán)過(guò)程和利用熵的定義，可得到：四、熱79五、熱力學(xué)基本方程對(duì)可逆過(guò)程又由熱力學(xué)第一定律對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)得到：得到：返回五、熱力學(xué)基本方程對(duì)可逆過(guò)程又由熱力學(xué)第一定律對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)得到80二、熵增加原理的應(yīng)用一、熵增加原理1.7熵增加原理及其簡(jiǎn)單應(yīng)用返回二、熵增加原理的應(yīng)用一、熵增加原理1.7熵增加原理及其簡(jiǎn)單811、熵增加原理2、熵判據(jù)3、熵增加原理的適用范圍一、熵增加原理返回1、熵增加原理2、熵判據(jù)3、熵增加原理的適用范圍一、熵增加原82由對(duì)絕熱系統(tǒng)（δQ=0）得：表明：絕熱系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程，熵永不減少。（1）1、熵增加原理返回由對(duì)絕熱系統(tǒng)（δQ=0）得：表明：絕熱系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程，83由熵加原理得到：絕熱系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程，熵不變的過(guò)程為可逆過(guò)程，熵增加的過(guò)程為不可逆過(guò)程。2、熵判據(jù)返回由熵加原理得到：絕熱系統(tǒng)中發(fā)生的過(guò)程，熵不變84大量微觀粒子構(gòu)造，時(shí)間和空間上是有限的宏觀系統(tǒng)，對(duì)宇宙不適用。3、熵增加原理的適用范圍返回大量微觀粒子構(gòu)造，時(shí)間和空間上是有限的宏觀系統(tǒng)85二、熵增加原理的應(yīng)用用熵加原理求解問(wèn)題的步驟：①構(gòu)造一絕熱系統(tǒng)；②計(jì)算熵差；③用熵增加原理得出結(jié)論[例1][例2]返回二、熵增加原理的應(yīng)用用熵加原理求解問(wèn)題的步驟：①構(gòu)造一絕熱系86用熵增原理導(dǎo)出克勞修斯表述證：讓兩熱源一起構(gòu)成絕熱系統(tǒng)則若T1＞T2（即熱量由高溫傳到低溫）。則△S＞0，滿足熵增加原理。若T1＜T2（即熱量由低溫傳到高溫）。則△S＜0，不滿足熵增加原理。T1T2△Q絕熱壁[例1]返回用熵增原理導(dǎo)出克勞修斯表述證：讓兩熱源一起構(gòu)成絕熱系統(tǒng)則87第1章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述1.2熱平衡定律和溫度1.3物態(tài)方程1.4熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能1.5熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹?.6熵和熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表示1.7熵增加原理及其簡(jiǎn)單應(yīng)用第1章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述88一、熱力學(xué)系統(tǒng)二、熱力學(xué)平衡態(tài)三、狀態(tài)參量1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及描述返回一、熱力學(xué)系統(tǒng)二、熱力學(xué)平衡態(tài)三、狀態(tài)參量1.1熱力學(xué)系統(tǒng)89由大量微觀粒子（分子、原子等）組成并作為我們的宏觀物質(zhì)系統(tǒng)研究對(duì)象叫熱力學(xué)系統(tǒng)，與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體叫外界。孤立系統(tǒng)：與外界無(wú)物質(zhì)和能量交換和其他作用的系統(tǒng)；封閉系統(tǒng)：與外界無(wú)物質(zhì)交換但有能量交換的系統(tǒng)；開(kāi)放系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換和能量交換的系統(tǒng)。一、熱力學(xué)系統(tǒng)返回由大量微觀粒子（分子、原子等）組成并作為我們的90對(duì)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)叫熱力學(xué)平衡態(tài)。熱力學(xué)平衡態(tài)的特點(diǎn)⑴這是一種熱動(dòng)平衡；⑵描述熱力學(xué)平衡態(tài)的宏觀量（稱宏觀參量）的個(gè)數(shù)最少。⑶平衡態(tài)可以用p-V圖或V-T、p-T圖中一個(gè)點(diǎn)表示。二、熱力學(xué)平衡態(tài)返回對(duì)孤立系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間后系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而91熱力學(xué)平衡態(tài)可以用數(shù)目最少的一些宏觀物理量（用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量）來(lái)表示。能完全描述系統(tǒng)平衡態(tài)性質(zhì)的、彼此獨(dú)立的物理量叫狀態(tài)參量。狀態(tài)參量分類：（1）按描述的性質(zhì)分類（2）按該量是否具有可加性分類三、狀態(tài)參量返回?zé)崃W(xué)平衡態(tài)可以用數(shù)目最少的一些宏觀物理量（用92（1）按描述的性質(zhì)分類返回幾何參量（如體積）力學(xué)參量（如壓強(qiáng)）化學(xué)參量（如摩爾數(shù)）電磁參量（如電場(chǎng)強(qiáng)度、電極化強(qiáng)度等）熱學(xué)參量（如溫度）（1）按描述的性質(zhì)分類返回幾何參量（如體積）力學(xué)參量（如壓強(qiáng)93廣延量：具有可加性的量（如體積、質(zhì)量）強(qiáng)度量：不具有可加性的量（如壓強(qiáng)、溫度、質(zhì)量密度等）V1、M1P1、T1、ρ1V2、M2P2、T2、ρ2V=V1+V2M=M1+M2（廣延量）P≠p1+p2Ρ≠ρ1+ρ2（強(qiáng)度量）圖1.1.1（2）按該量是否具有可加性分類返回廣延量：具有可加性的量（如體積、質(zhì)量）強(qiáng)度量：不具有可加性的94本節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握：（1）熱平衡定律的文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)表示、使用條件和重要性：（2）溫度的概念以及幾種溫標(biāo)。一、熱平衡定律二、溫度和溫標(biāo)⒈2熱平衡定律和溫度返回本節(jié)應(yīng)重點(diǎn)掌握：（1）熱平衡定律的文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)表示、使用條951、文字?jǐn)⑹?、數(shù)學(xué)表示3、適用范圍和重要性一、熱平衡定律返回1、文字?jǐn)⑹?、數(shù)學(xué)表示3、適用范圍和重要性一、熱平衡定律返961、文字?jǐn)⑹鋈绻麅蓚€(gè)物體（如A和B）都與第三個(gè)物體（如C）達(dá)到熱平衡，則它們彼此處于熱平衡。返回1、文字?jǐn)⑹鋈绻麅蓚€(gè)物體（如A和B）都與第三個(gè)物97若A與C達(dá)到熱平衡，即它們的狀態(tài)參量PA、VA、PC、VC之間滿足：（1）若B與C達(dá)到熱平衡，即滿足：若A與B達(dá)到熱平衡，即滿足：2、數(shù)學(xué)表示（2）（3）返回若A與C達(dá)到熱平衡，即它們的狀態(tài)參量PA、V98適用范圍：只對(duì)由大量微觀粒子組成的且在時(shí)間、空間上有限的宏觀系統(tǒng)重要性：該定律定義了溫度，為制造溫度計(jì)和比較溫度的高低提供了理論根據(jù)3、適用范圍和重要性返回適用范圍：只對(duì)由大量微觀粒子組成的且在時(shí)間、991、溫度2、溫標(biāo)二、溫度和溫標(biāo)返回1、溫度2、溫標(biāo)二、溫度和溫標(biāo)返回100溫度是反映兩物體處于熱平衡的性質(zhì)的函數(shù)。溫度的微觀定義：溫度是表征組成系統(tǒng)的微觀粒子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)劇烈程度的物理量。1、溫度返回溫度是反映兩物體處于熱平衡的性質(zhì)的函數(shù)。101溫度的數(shù)值表示叫溫標(biāo)。①經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：②理想氣體溫標(biāo)（溫度為T、單位K)定義：③熱力學(xué)溫標(biāo)[溫度T，單位（開(kāi)爾文）K]：由熱機(jī)率定義適用于10-4K→104K的溫度范圍在理想氣體溫標(biāo)使用范圍內(nèi)，它與理想氣體溫標(biāo)一致2、溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)（t）單位：0C華氏溫標(biāo)（F）單位：0F返回溫度的數(shù)值表示叫溫標(biāo)。①經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)：②理想氣體溫標(biāo)（溫102一、物態(tài)方程的概念二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程三、簡(jiǎn)單固體和液體的物態(tài)方程四、其它物質(zhì)體系的物態(tài)方程1.3物態(tài)方程返回一、物態(tài)方程的概念二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程三、簡(jiǎn)單固體和液體的103物體處于平衡態(tài)時(shí)，各狀態(tài)參量與溫度之間所滿足的數(shù)學(xué)關(guān)系式叫物態(tài)方程。對(duì)簡(jiǎn)單系統(tǒng)狀態(tài)方程為：一、物態(tài)方程的概念（1）狀態(tài)方程的確定方法：（1）實(shí)驗(yàn)方法（2）理論方法返回物體處于平衡態(tài)時(shí)，各狀態(tài)參量與溫度之間所滿足的104直接測(cè)量或應(yīng)用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出：定壓膨脹系數(shù)α（2）壓強(qiáng)系數(shù)β等溫壓縮系數(shù)KT三者關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)方法返回（3）（4）（5）直接測(cè)量或應(yīng)用實(shí)驗(yàn)可直接測(cè)量的量，根據(jù)熱力學(xué)關(guān)系導(dǎo)出：定壓膨105依據(jù)具體物質(zhì)的性質(zhì)，建立微觀模型，應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理理論導(dǎo)出。（2）理論方法返回依據(jù)具體物質(zhì)的性質(zhì)，建立微觀模型，應(yīng)用統(tǒng)（2）理論1061、理想氣體物態(tài)方程2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程3、普遍情況的實(shí)際氣體狀態(tài)方程為昂尼斯方程二、氣體物質(zhì)的物態(tài)方程返回1、理想氣體物態(tài)方程2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程3、普遍情況的實(shí)107根據(jù)玻馬定律、阿伏伽德羅定理和理想氣體溫標(biāo)的定義導(dǎo)出：（6）設(shè)系統(tǒng)質(zhì)量為M，摩爾質(zhì)量為μ，則n=M/μ。（6）式可寫為：（7）設(shè)總分子為N，利用摩爾數(shù)n=N/N0，可寫為：（8）1、理想氣體物態(tài)方程返回適用條件（1）無(wú)外場(chǎng)（不考慮重力等）作用下的理想氣體；（2）大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)且是慣性系；（3）系統(tǒng)處于平衡態(tài)；（4）溫度不太低和不太高根據(jù)玻馬定律、阿伏伽德羅定理和理想氣體溫標(biāo)的定義導(dǎo)出：（6）108范德瓦爾氣體的微觀模型叫剛球引力模型（9）其中：b約為1mol氣體分子剛球體積的4倍；而a為與引力有關(guān)的常數(shù)。2、范德瓦爾氣體狀態(tài)方程返回（10）（1mol）（nmol）范德瓦爾氣體的微觀模型叫剛球引力模型（9）其中：b約為1mo109（11）B（T）、C（T）······分別叫第二、三、······維里系數(shù)3、普遍情況的實(shí)際氣體狀態(tài)方程為昂尼斯方程返回（11）B（T）、C（T）······分別叫第二、三、···110同除V得到對(duì)固體和液體，α、KT很小，并假定為常數(shù)，將上式積分并作級(jí)數(shù)展開(kāi)，取近似（12）三、簡(jiǎn)單固體和液體物態(tài)方程返回令V=V（T，P）進(jìn)行微分，并利用定義式（2）、（3）得到同除V得到對(duì)固體和液體，α、KT很小，并假定為常數(shù)，將1111、順磁固體（13）2、表面系統(tǒng)表面張力系數(shù)σ只與溫度有關(guān)：四、其它物質(zhì)體系的物態(tài)方程（T0是臨界溫度）返回磁化強(qiáng)度1、順磁固體（13）2、表面系統(tǒng)表面張力系數(shù)σ只與溫度有關(guān)：112一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功三、內(nèi)能的概念四、熱量和熱力學(xué)第一定律五、熱容量六、焓七、理想氣體的內(nèi)能八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱容量九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱Q十、理想氣體卡諾循環(huán)1.4熱力學(xué)第一定律和內(nèi)能返回一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功三、內(nèi)能的概念113⒈準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)

系統(tǒng)狀態(tài)的變化叫過(guò)程。如果一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷的過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，系統(tǒng)在過(guò)程中的每一個(gè)狀態(tài)都可以看作平衡態(tài)，則這種過(guò)程叫準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)是一種理想情況。⒉準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的性質(zhì)（1）可用p—V等狀態(tài)圖中的一條連續(xù)曲線表示。理想氣體的等溫、等壓、等容過(guò)程曲線如圖1.4.1所示。（2）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)的壓強(qiáng)等于氣體的壓強(qiáng)。等壓等容等溫圖⒈⒋1一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)返回⒈準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程及其性質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的變化叫過(guò)程。如114系統(tǒng)對(duì)外作功為正，若系統(tǒng)對(duì)外作功為負(fù)，即系統(tǒng)反抗外界作功。規(guī)定：1、簡(jiǎn)單系統(tǒng)2、作功的圖示3、其他系統(tǒng)對(duì)外作功二、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)作功返回系統(tǒng)對(duì)外作功為正，若系統(tǒng)對(duì)外作功為負(fù)，即系統(tǒng)反抗外界作功。規(guī)115體積膨脹dV時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功（1）VA→VB時(shí)，作功為1、簡(jiǎn)單系統(tǒng)以p，V為參量的系統(tǒng)返回（2）體積膨脹dV時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外作功（1）VA→VB時(shí)，作功為1116V1V20VpV0pV1→V2過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功等于p—V圖中過(guò)程曲線所圍面積。循環(huán)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功的凈功等于p—V圖中閉合曲線所圍面積。2、作功的圖示返回V1V20VpV0pV1→V2過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功等于p—117①液體表面膜作功⑶②電介質(zhì)被電場(chǎng)極化時(shí)，系統(tǒng)極化功⑷③磁介質(zhì)放入磁場(chǎng)中被磁化作功為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外作功可寫為x是系統(tǒng)外參量，稱廣義坐標(biāo)；X是廣義力。對(duì)多個(gè)外參量則：⑸⑺⑹3、其他系統(tǒng)對(duì)外作功返回σ為表面張力系數(shù)①液體表面膜作功⑶②電介質(zhì)被電場(chǎng)極化時(shí)，系統(tǒng)極化功⑷③磁介質(zhì)118焦耳實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程從初態(tài)到末態(tài)的過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)作功僅取決于初態(tài)和末態(tài)，而與過(guò)程無(wú)關(guān)，因而可定義一個(gè)態(tài)的函數(shù)U。UB－UA=WS（1）這個(gè)態(tài)函數(shù)U叫內(nèi)能。內(nèi)能的微觀定義內(nèi)能性質(zhì)三、內(nèi)能的概念返回①是狀態(tài)函數(shù)②單位為焦耳③具有可加性,系統(tǒng)的內(nèi)能是各部分內(nèi)能之和，它是廣延量。內(nèi)能的宏觀定義內(nèi)能是系統(tǒng)中分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)能量總和的統(tǒng)計(jì)平均值。焦耳實(shí)驗(yàn)表明：系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程從初態(tài)到末態(tài)的過(guò)1191、熱量的定義2、熱力學(xué)第一定律3、幾種特殊情況的第一定律4、熱力學(xué)第一定律的重要性四、熱量和熱力學(xué)第一定律返回1、熱量的定義2、熱力學(xué)第一定律3、幾種特殊情況的第一定律4120對(duì)非絕熱過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)作功W外與內(nèi)能的變化UB－UA之差稱為系統(tǒng)從外界吸收的熱量Q：（2）1、熱量的定義返回對(duì)非絕熱過(guò)程，外界對(duì)系統(tǒng)作功W外與內(nèi)能的變化121將W外=－W（系統(tǒng)對(duì)外作功的負(fù)值）代入（2），得到：該式表明：系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增加與系統(tǒng)對(duì)外作功的和，這就是熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表示。熱力學(xué)第一定律的微分形式為：（3）（4）2、熱力學(xué)第一定律返回將W外=－W（系統(tǒng)對(duì)外作功的負(fù)值）代入（2），得到：122①孤立系統(tǒng)中的過(guò)程：②絕熱系統(tǒng)中的過(guò)程：③準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：④以p、V為狀態(tài)參量的系統(tǒng)：（5）（6）（7）（8）3、幾種特殊情況的第一定律返回（U為常量）①孤立系統(tǒng)中的過(guò)程：②絕熱系統(tǒng)中的過(guò)程：③準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：④以p123①它將機(jī)械能守恒規(guī)律推廣到熱現(xiàn)象中；②它否定了制造第一類永動(dòng)機(jī)（即不供給能量而不斷對(duì)外作功的機(jī)器）的可能性；③它定義了內(nèi)能、熱量。4、熱力學(xué)第一定律的重要性返回①它將機(jī)械能守恒規(guī)律推廣到熱現(xiàn)象中；②它否定了制造第一類永動(dòng)1241、熱容量的概念2、熱容量的計(jì)算公式五、熱容量返回1、熱容量的概念2、熱容量的計(jì)算公式五、熱容量返回125摩爾熱容量，記為C（單位：J·mol-1·K-1），熱容量與過(guò)程有關(guān)：（1）1、熱容量的概念返回單位：j·K-1等溫過(guò)程熱容量CT=∞絕熱過(guò)程熱容量CS=0等容過(guò)程熱容量記為CV等壓過(guò)程的熱容量記為Cp摩爾熱容量，記為C（單位：J·mol-1·K-1），熱容量126由熱力學(xué)第一定律，有若定義態(tài)函數(shù)焓H：則：（2）（3）（4）（5）2、熱容量的計(jì)算公式返回由熱力學(xué)第一定律，有若定義態(tài)函數(shù)焓H：則：（2）（3）（4）127焓的定義為H=U+pV,其物理意義由：六、焓得到：即等壓過(guò)程中系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)焓的增量返回焓的性質(zhì)：①是系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)②單位是焦耳（J）③是廣延量焓的定義為H=U+pV,其物理意義由：六、焓得到：即等1281、焦耳定理2、理想氣體的內(nèi)能3、理想氣體的焓H4、理想氣體熱容差七、理想氣體的內(nèi)能返回1、焦耳定理2、理想氣體的內(nèi)能3、理想氣體的焓H4、理想氣體129焦耳絕熱自由膨脹實(shí)驗(yàn)，證明對(duì)理想氣體，其內(nèi)能U只是溫度的函數(shù)，與體積無(wú)關(guān)，即：這一結(jié)論叫焦耳定理。（1）1、焦耳定理返回焦耳絕熱自由膨脹實(shí)驗(yàn)，證明對(duì)理想氣體，其內(nèi)能130理想氣體由于內(nèi)能只與溫度有關(guān)，得到（2）2、理想氣體的內(nèi)能返回理想氣體由于內(nèi)能只與溫度有關(guān)，得到（2）2、理想氣體的內(nèi)能返131由U=U(T),pV=nRT,可以知道焓H=U+pV也只是溫度的函數(shù)（3）3、理想氣體的焓H返回由U=U(T),pV=nRT,可以知道焓H=U+pV也只132（4）4、理想氣體熱容差返回（4）4、理想氣體熱容差返回1331、理想氣體過(guò)程方程2、熱容量八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱容量返回1、理想氣體過(guò)程方程2、熱容量八、理想氣體的氣體過(guò)程方程和熱134設(shè)任意過(guò)程中理想氣體的熱容量為C，有：pV=nRT微分，并由⑷，得到：代入上式，并整理得到：Z稱為多方指函數(shù)，它與熱容量的關(guān)系為：對(duì)（5）積分得到：（5）1、理想氣體過(guò)程方程返回（6）（7）設(shè)任意過(guò)程中理想氣體的熱容量為C，有：pV=nRT微分，并由135由（6）求出任意過(guò)程中的熱容量C為：由（7）、（8）得到：當(dāng)Z=0時(shí)，過(guò)程方程為p=常量（等壓過(guò)程），C=Cp當(dāng)Z=1時(shí)，過(guò)程方程為pV=常量（等溫過(guò)程），C=∞當(dāng)Z=γ時(shí)，過(guò)程方程為pVγ=常量（絕熱過(guò)程），C=0當(dāng)Z=∞時(shí)，過(guò)程方程為V=常量（等容過(guò)程），C=CV。（8）2、熱容量返回由（6）求出任意過(guò)程中的熱容量C為：由（7）、（8）得到：當(dāng)136九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱QpVn=常量多方00pVγ=常量絕熱∞0pV=常量等溫P(V2-V1)等壓0等容熱容量?jī)?nèi)能增量△U吸收熱量外界作功過(guò)程方程過(guò)程利用理想氣體內(nèi)能只是溫度的函數(shù)以及pV=nRT和過(guò)程方程pVZ=常量可得返回九、理想氣體對(duì)外作功W、內(nèi)能的變化△U和吸熱QpVn=常量137理想氣體卡諾循環(huán)是以理想氣體為工作物質(zhì)、由兩個(gè)等溫過(guò)程和兩個(gè)絕熱過(guò)程構(gòu)成的可逆循環(huán)過(guò)程。在p—V圖中如圖1.9.1。由循環(huán)效率的定義式：十、理想氣體卡諾循環(huán)可求得理想氣體卡諾循環(huán)的效率：（10）返回0p3p2p1p1234V1V4V2V3V理想氣體卡諾循環(huán)是以理想氣體為工作物質(zhì)、由兩138一、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龆?、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例三、卡諾定理及其推論四、卡諾定理的重要性五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系1.5熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龇祷匾弧崃W(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹龆?、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單139自然界中熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行具有方向性，例如：摩擦生熱（功變熱）、熱傳導(dǎo)、擴(kuò)散、爆炸等。為了全面描述熱現(xiàn)象的變化規(guī)律，除了第零、第一定律外，還需要一條描述熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行方向的定律。第二定律正是描述熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行方向的規(guī)律。一、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹?、事實(shí)自然界中熱現(xiàn)象過(guò)程進(jìn)行具有方向性，例如：摩擦140主要有兩種（見(jiàn)書(shū)p40頁(yè)）①克勞修斯敘述（1850年）：②開(kāi)爾文敘述（1851年）：2、熱力學(xué)第二定律的文字?jǐn)⑹鰺醾鲗?dǎo)不可逆

功變熱不可逆（或說(shuō)為第二類永動(dòng)機(jī)不可能造成。第二類永動(dòng)機(jī)是指從單一熱源吸熱，使之完全變成有用的功而不產(chǎn)生其它影響的機(jī)器）。主要有兩種（見(jiàn)書(shū)p40頁(yè)）①克勞修斯敘述（1850年）：141①“不可能”②兩種說(shuō)法彼此等效（見(jiàn)書(shū)p41的證明）③熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)：返回3、應(yīng)該注意的問(wèn)題不引起其它變化不可能采用任何曲折方法回復(fù)原狀不可能自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過(guò)程都是不可逆的，而且彼此聯(lián)系的，正因?yàn)閷?shí)質(zhì)相同，所以可挑選其中一種類不可逆過(guò)程來(lái)敘述，自然有不同的敘述。①“不可能”②兩種說(shuō)法彼此等效（見(jiàn)書(shū)p41的證明）③熱力142[例1][例2]二、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例返回[例1][例2]二、熱力學(xué)第二定律文字?jǐn)⑹龅暮?jiǎn)單應(yīng)用舉例返回143書(shū)P691.20題由熱力學(xué)第二定律證明兩條絕熱線不可能相交。證明（反證法）：如圖1.10.1，假設(shè)絕熱線1和2相交在P點(diǎn)，利用絕熱線的斜率總大于等溫線斜率，可作等溫線3與它們相交于M、N，這樣就構(gòu)成一循環(huán)過(guò)程，這就是單熱源熱機(jī)，違背開(kāi)爾文敘述。故絕熱線1、2相交是不可能的。12MNp[例1]返回書(shū)P691.20題由熱力學(xué)第二定律證明兩條絕熱線不可144用熱力學(xué)第二定律證明一條等溫線與一絕熱線不能有兩個(gè)交點(diǎn)。證明（反證法）：如果有兩個(gè)交點(diǎn)，則構(gòu)成一循環(huán)，此循環(huán)從單一熱源吸熱而對(duì)外作功，違背第二定律的開(kāi)爾文說(shuō)法。所以有兩個(gè)交點(diǎn)的假設(shè)不成立。[例2]返回用熱力學(xué)第二定律證明一條等溫線與一絕熱線不能有兩個(gè)交點(diǎn)。證1451、卡諾定理的文字?jǐn)⑹?、卡諾定理的推論3、卡諾定理的證明三、卡諾定理及其推論返回1、卡諾定理的文字?jǐn)⑹?、卡諾定理的推論3、卡諾定理的證明三146所有工作在兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆熱機(jī)的效率為最高。1、卡諾定理的文字?jǐn)⑹龇祷厮泄ぷ髟趦蓚€(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆熱機(jī)147所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的可逆機(jī)，其效率都相等。根據(jù)卡諾定理和它的推論，立即得到：可逆機(jī)取等號(hào)，不可逆機(jī)取小于號(hào)。（1）2、卡諾定理的推論返回所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的可逆機(jī)，其效率都相等。根據(jù)卡諾定148用熱力學(xué)第二定律，采用反證明法證明。3、卡諾定理的證明返回用熱力學(xué)第二定律，采用反證明法證明。3、卡諾定理的證明返回1491、指明了熱機(jī)效率的極限值和提高熱機(jī)效率的途徑。即增大T1,減小T2。減小不可逆的因素（如漏氣、散熱、摩擦等）。2、為建立熱力學(xué)溫標(biāo)提供依據(jù)四、卡諾定理的重要性（2）該式表明：兩個(gè)熱源的溫度的比值T2/T1，等于工作于這兩個(gè)熱源之間的可逆機(jī)與熱源交換的熱量之比Q2/Q1，為此為依據(jù)建立的溫標(biāo)叫熱力學(xué)溫標(biāo)。返回對(duì)可逆機(jī)（3）故有1、指明了熱機(jī)效率的極限值和提高熱機(jī)效率的途徑。即增大T1,1501、兩者的區(qū)別2、兩者的聯(lián)系五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系返回1、兩者的區(qū)別2、兩者的聯(lián)系五、熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)關(guān)系151理想氣體溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：1、兩者的區(qū)別返回如：是以理想氣體性質(zhì)來(lái)定義，適用于氣體存在的溫度范圍是以熱機(jī)與熱源交換熱量之比Q2/Q1來(lái)定義，與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)，適用于所有溫度范圍。理想氣體溫標(biāo)：熱力學(xué)溫標(biāo)：1、兩者的區(qū)別返回如：是以理想氣體15