熱力學(xué)的基本規(guī)律課件

第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)的研究對(duì)象與研究方法

對(duì)象：宏觀物體——大量微觀粒子系統(tǒng)任務(wù)：熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

方法：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)邏輯演繹——無(wú)任何假設(shè)數(shù)學(xué)推導(dǎo)——尋找相互關(guān)系

特點(diǎn)：可靠性、普遍性、局限性

第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)的研究對(duì)象與研究11.2熱平衡定律熱力學(xué)系統(tǒng)：系統(tǒng)—外界無(wú)相互作用—孤立系有能量交換—閉系有能量、質(zhì)量交換——開系平衡態(tài)—系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間保持不變弛豫、熱動(dòng)平衡漲落復(fù)合系統(tǒng)1.2熱平衡定律熱力學(xué)系統(tǒng)：平衡態(tài)—系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)長(zhǎng)2如何描述平衡態(tài)氣體：V—體積—幾何參量P—壓強(qiáng)—力學(xué)參量M—質(zhì)量—化學(xué)參量E，m—電磁參數(shù)—電磁參量T（P，V，M，E）關(guān)系—物態(tài)方程如何描述平衡態(tài)氣體：31.3溫度溫度：物體接觸—熱平衡具有相同的冷熱程度溫度T氣體溫度計(jì)溫標(biāo)三相點(diǎn)的溫度為273.16K1.3溫度溫度：41.4物態(tài)方程溫度與其它參量的關(guān)系熱力學(xué)—實(shí)驗(yàn)測(cè)定廣延量：與質(zhì)量有關(guān)V，M，

強(qiáng)度量：與質(zhì)量無(wú)關(guān)P，T狀態(tài)參量—偏微分形式

1.4物態(tài)方程溫度與其它參量的關(guān)系5熱力學(xué)的基本規(guī)律課件61.5功A態(tài)B態(tài)過(guò)程功過(guò)程函數(shù)1.5功A態(tài)B態(tài)7電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功有兩部分組成第一部分是激發(fā)電場(chǎng)的功，即在電介質(zhì)中產(chǎn)生電荷運(yùn)動(dòng)的功第二部分是使介質(zhì)極化的功，即拉開介質(zhì)分子中的電荷，并作擇優(yōu)取向的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功有兩部分組成81.6熱力學(xué)第一定律焦耳實(shí)驗(yàn)（1840年）絕熱過(guò)程機(jī)械功或電磁功?利用外界的功Ws定義一個(gè)態(tài)函數(shù)-內(nèi)能UUB-UA=Ws?系統(tǒng)不是絕熱過(guò)程時(shí)內(nèi)能與功之差為熱量Q1.6熱力學(xué)第一定律焦耳實(shí)驗(yàn)（1840年）9熱容量與焓熱容量與焓101.7理想氣體物態(tài)方程PV=nRT?內(nèi)能焦耳自由膨脹（1845年）(T/V)U=??絕熱過(guò)程時(shí)的性質(zhì)?卡諾循環(huán)（1824年）1.7理想氣體物態(tài)方程11焦耳定律：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。焦耳定律：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。12理想氣體的絕熱過(guò)程理想氣體的絕熱過(guò)程13理想氣體的卡諾循環(huán)理想氣體的卡諾循環(huán)143—4等溫壓縮，4—1絕熱壓縮，效率只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)效率永遠(yuǎn)小于1.逆向循環(huán)可以成為致冷機(jī)3—4等溫壓縮，4—1絕熱壓縮，效率只與兩個(gè)熱源的溫151.8熱力學(xué)第二定律1824年卡諾定理所有工作于同溫?zé)嵩春屯瑴乩湓撮g的熱機(jī)以可逆機(jī)的效為最大1850年克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化1851年開爾文表述不可能從單一熱源吸熱使之變成有用功而不引起其它變化1.8熱力學(xué)第二定律1824年卡諾定理161.9卡諾定理所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆機(jī)的效率為最高A為可逆機(jī)，B是任意機(jī)證明用反證法，卡諾定理不成立，必違反熱力學(xué)第二定律1.9卡諾定理所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆機(jī)的171.10熱力學(xué)溫標(biāo)1.10熱力學(xué)溫標(biāo)18熱力學(xué)溫標(biāo)的特點(diǎn)T稱為絕對(duì)溫度1848年由開爾文所創(chuàng)立不依賴于任何具體物質(zhì)建立絕對(duì)零度的概念理想氣體溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)在水的三相點(diǎn)具有相同的溫度熱力學(xué)溫標(biāo)的特點(diǎn)T稱為絕對(duì)溫度191.11克勞修斯不等式1.11克勞修斯不等式201.12熵1.12熵211.13理想氣體的熵1.13理想氣體的熵22熱力學(xué)的基本規(guī)律課件23熱力學(xué)的基本規(guī)律課件241.14熵增加原理1.14熵增加原理25熵增加原理的意義孤立系的熵永不減少—熵恒增定律不可逆過(guò)程是沿著熵增大方向進(jìn)行可逆過(guò)程是沿著等熵線進(jìn)行熵增加原理的意義孤立系的熵永不減少—熵恒增定律26熱力學(xué)的基本規(guī)律課件27熵增的實(shí)質(zhì)熵增實(shí)際上是不可用能量的度量能量是守恒的其數(shù)值不變能量品質(zhì)降低退化的能量有序能無(wú)序能熵增的實(shí)質(zhì)熵增實(shí)際上是281.15熵增的計(jì)算熱量Q從高溫?zé)嵩碩1傳到低溫?zé)嵩碩2求熵變？熱傳導(dǎo)，不可逆過(guò)程高溫傳Q到中間系統(tǒng)（T1），可逆低溫接受Q從另一系統(tǒng)（T2），可逆1.15熵增的計(jì)算熱量Q從高溫?zé)嵩碩1傳到低溫?zé)嵩碩2求29例：將質(zhì)量相同，溫度分別為T1與T2的兩杯水

等壓下絕熱地混合，求熵變？例：將質(zhì)量相同，溫度分別為T1與T2的兩杯水

等壓下絕熱地混30例：理想氣體（T，VA）絕熱膨脹到VB，求熵變？例：理想氣體（T，VA）絕熱膨脹到VB，求熵變？31熵變的討論熵是態(tài)函數(shù)，SAB的值只與兩個(gè)狀態(tài)有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)不同路徑時(shí)環(huán)境的熵變將產(chǎn)生不同的數(shù)值，與具體的過(guò)程有關(guān)?？赡孢^(guò)程的特征：系統(tǒng)的熵變與環(huán)境的熵變之和保持不變計(jì)算系統(tǒng)在可逆過(guò)程中的熵變要選擇相應(yīng)條件下的不變狀態(tài)參量，若為等溫要選用溫度可調(diào)的熱源來(lái)保持其可逆性熵變的討論熵是態(tài)函數(shù)，SAB的值只與兩個(gè)狀態(tài)有關(guān)，與路徑無(wú)32同上題，但接觸兩個(gè)熱源，先與50°C熱源再與100°C熱源接觸，求熵變同上題，但接觸兩個(gè)熱源，先與50°C熱源再與100°C熱源接331.16自由能和吉布斯函數(shù)1.16自由能和吉布斯函數(shù)34在等溫等壓條件下在等溫等壓條件下35可能變化的方向系統(tǒng)的約束變化方向平衡條件絕熱系統(tǒng)Q=0S0SSmax孤立系S0SSmax

閉系T=0,V=0,F0FFmin

T=0,FWT=0,P=0,G0GGmin

可能變化的方向系統(tǒng)的約束變化方向36熱力學(xué)教材：《熱力學(xué)?統(tǒng)計(jì)物理》（第三版）汪志誠(chéng)授課教師：黃畇授課時(shí)間：四周熱力學(xué)教材：《熱力學(xué)?統(tǒng)計(jì)物理》37參考書國(guó)內(nèi)：熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（馬本堃）熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（龔昌德）國(guó)外：HeatandThermodynamics(M.W.Zemansky)Tepmoдинамика(Базаров)參考書國(guó)內(nèi)：38熱力學(xué)的基本規(guī)律課件39第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)的研究對(duì)象與研究方法

對(duì)象：宏觀物體——大量微觀粒子系統(tǒng)任務(wù)：熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律

方法：實(shí)驗(yàn)觀測(cè)邏輯演繹——無(wú)任何假設(shè)數(shù)學(xué)推導(dǎo)——尋找相互關(guān)系

特點(diǎn)：可靠性、普遍性、局限性

第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律1.1熱力學(xué)的研究對(duì)象與研究401.2熱平衡定律熱力學(xué)系統(tǒng)：系統(tǒng)—外界無(wú)相互作用—孤立系有能量交換—閉系有能量、質(zhì)量交換——開系平衡態(tài)—系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間保持不變弛豫、熱動(dòng)平衡漲落復(fù)合系統(tǒng)1.2熱平衡定律熱力學(xué)系統(tǒng)：平衡態(tài)—系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)長(zhǎng)41如何描述平衡態(tài)氣體：V—體積—幾何參量P—壓強(qiáng)—力學(xué)參量M—質(zhì)量—化學(xué)參量E，m—電磁參數(shù)—電磁參量T（P，V，M，E）關(guān)系—物態(tài)方程如何描述平衡態(tài)氣體：421.3溫度溫度：物體接觸—熱平衡具有相同的冷熱程度溫度T氣體溫度計(jì)溫標(biāo)三相點(diǎn)的溫度為273.16K1.3溫度溫度：431.4物態(tài)方程溫度與其它參量的關(guān)系熱力學(xué)—實(shí)驗(yàn)測(cè)定廣延量：與質(zhì)量有關(guān)V，M，

強(qiáng)度量：與質(zhì)量無(wú)關(guān)P，T狀態(tài)參量—偏微分形式

1.4物態(tài)方程溫度與其它參量的關(guān)系44熱力學(xué)的基本規(guī)律課件451.5功A態(tài)B態(tài)過(guò)程功過(guò)程函數(shù)1.5功A態(tài)B態(tài)46電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功有兩部分組成第一部分是激發(fā)電場(chǎng)的功，即在電介質(zhì)中產(chǎn)生電荷運(yùn)動(dòng)的功第二部分是使介質(zhì)極化的功，即拉開介質(zhì)分子中的電荷，并作擇優(yōu)取向的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功電介質(zhì)與磁介質(zhì)的功有兩部分組成471.6熱力學(xué)第一定律焦耳實(shí)驗(yàn)（1840年）絕熱過(guò)程機(jī)械功或電磁功?利用外界的功Ws定義一個(gè)態(tài)函數(shù)-內(nèi)能UUB-UA=Ws?系統(tǒng)不是絕熱過(guò)程時(shí)內(nèi)能與功之差為熱量Q1.6熱力學(xué)第一定律焦耳實(shí)驗(yàn)（1840年）48熱容量與焓熱容量與焓491.7理想氣體物態(tài)方程PV=nRT?內(nèi)能焦耳自由膨脹（1845年）(T/V)U=??絕熱過(guò)程時(shí)的性質(zhì)?卡諾循環(huán)（1824年）1.7理想氣體物態(tài)方程50焦耳定律：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。焦耳定律：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的函數(shù)。51理想氣體的絕熱過(guò)程理想氣體的絕熱過(guò)程52理想氣體的卡諾循環(huán)理想氣體的卡諾循環(huán)533—4等溫壓縮，4—1絕熱壓縮，效率只與兩個(gè)熱源的溫度有關(guān)效率永遠(yuǎn)小于1.逆向循環(huán)可以成為致冷機(jī)3—4等溫壓縮，4—1絕熱壓縮，效率只與兩個(gè)熱源的溫541.8熱力學(xué)第二定律1824年卡諾定理所有工作于同溫?zé)嵩春屯瑴乩湓撮g的熱機(jī)以可逆機(jī)的效為最大1850年克勞修斯表述不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化1851年開爾文表述不可能從單一熱源吸熱使之變成有用功而不引起其它變化1.8熱力學(xué)第二定律1824年卡諾定理551.9卡諾定理所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆機(jī)的效率為最高A為可逆機(jī)，B是任意機(jī)證明用反證法，卡諾定理不成立，必違反熱力學(xué)第二定律1.9卡諾定理所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆機(jī)的561.10熱力學(xué)溫標(biāo)1.10熱力學(xué)溫標(biāo)57熱力學(xué)溫標(biāo)的特點(diǎn)T稱為絕對(duì)溫度1848年由開爾文所創(chuàng)立不依賴于任何具體物質(zhì)建立絕對(duì)零度的概念理想氣體溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)在水的三相點(diǎn)具有相同的溫度熱力學(xué)溫標(biāo)的特點(diǎn)T稱為絕對(duì)溫度581.11克勞修斯不等式1.11克勞修斯不等式591.12熵1.12熵601.13理想氣體的熵1.13理想氣體的熵61熱力學(xué)的基本規(guī)律課件62熱力學(xué)的基本規(guī)律課件631.14熵增加原理1.14熵增加原理64熵增加原理的意義孤立系的熵永不減少—熵恒增定律不可逆過(guò)程是沿著熵增大方向進(jìn)行可逆過(guò)程是沿著等熵線進(jìn)行熵增加原理的意義孤立系的熵永不減少—熵恒增定律65熱力學(xué)的基本規(guī)律課件66熵增的實(shí)質(zhì)熵增實(shí)際上是不可用能量的度量能量是守恒的其數(shù)值不變能量品質(zhì)降低退化的能量有序能無(wú)序能熵增的實(shí)質(zhì)熵增實(shí)際上是671.15熵增的計(jì)算熱量Q從高溫?zé)嵩碩1傳到低溫?zé)嵩碩2求熵變？熱傳導(dǎo)，不可逆過(guò)程高溫傳Q到中間系統(tǒng)（T1），可逆低溫接受Q從另一系統(tǒng)（T2），可逆1.15熵增的計(jì)算熱量Q從高溫?zé)嵩碩1傳到低溫?zé)嵩碩2求68例：將質(zhì)量相同，溫度分別為T1與T2的兩杯水

等壓下絕熱地混合，求熵變？例：將質(zhì)量相同，溫度分別為T1與T2的兩杯水

等壓下絕熱地混69例：理想氣體（T，VA）絕熱膨脹到VB，求熵變？例：理想氣體（T，VA）絕熱膨脹到VB，求熵變？70熵變的討論熵是態(tài)函數(shù)，SAB的值只與兩個(gè)狀態(tài)有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān)不同路徑時(shí)環(huán)境的熵變將產(chǎn)生不同的數(shù)值，與具體的過(guò)程有關(guān)?？赡孢^(guò)程的特征：系統(tǒng)的熵變與環(huán)境的熵變之和保持不變計(jì)算系統(tǒng)在可逆過(guò)程中的熵變要選擇相應(yīng)條件下的不變狀態(tài)參量，若為等溫要選用溫度可調(diào)的熱源來(lái)保持其可逆性熵變的討論熵是態(tài)函數(shù)，SAB的值只與兩個(gè)狀態(tài)有關(guān)，與路徑無(wú)71同上題，但接觸兩個(gè)熱源，先與50°C熱源再與100°C熱源接觸，求熵變同上題，但接觸兩個(gè)熱源，先與50°C熱源再與100°C熱源接721.16自由能和吉布斯函數(shù)