系统就经历了一个热力学过程太阳集团娱乐网址(简称过程)

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  二 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加,另一部分使系统对外界做功 . 1 2 * * 十三章 热力学基础 13-2 热力学第一定律 内能 物理学 第五版 第十三章 热力学基础 物理学 第五版 研究对象 热运动: 构成宏观物体的大量微观粒子的永 不休止的无规则运动. 热现象: 物体与温度有关的物理性质的变化. 研究对象特征 单个分子: 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 整体(大量分子): 服从统计规律 . 热学(第十二章、 第十三章)概述 宏观量: 表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量),如 p,V,T 等. 微观量: 描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测量),如分子的m , 等. 宏观量 微观量 统计平均 研究方法 热力学 —— 宏观描述 气体动理论 —— 微观描述 1.技术——物理——技术模式 2.两种研究方法——两种理论 ①微观理论:统计物理学 从物质的微观结构出发,研究对象~气体;用统计方法大量气体分子的热运动的规律,确定宏观量与微观量的联系,并对气体的某些性质给予微观本质说明。 由基本假设 构造理论 热学发展历史的两大特征: 验证其理论 解释其理论 3.两种理论的相互关系: 互相补充,相辅相成 统计物理 热力学 宏观理论,基本结论来自实验事实,普遍可靠,但不能解释其微观本质。 微观理论,揭示热现象本质。 ②宏观理论:热力学 不涉及物质的微观本质,根据由观察和实验所归纳、总结出来的宏观热现象所遵循的基本定律,用严密的逻辑推理方法,研究宏观物体的热的性质的一门学科。 由现象出发 原理性理论 具体而言,用能量转化观点,从宏观上研究物质状态变化时,热、功、内能等宏观量变换规律的一门学科。 理论体系 微观 宏观 研究方法 以气体分子热运动规律为基础,用统计方法。 以事实为基础,应用热力学基本定律 统计物理学 研究物质热现象、热运动的学科 热力学 分析宏观本质 相互关系 验证微观理论 第十三章 热力学基础 结构框图 应用 热力学系统内能变化的两种量度 功 热量 热力学 第一定律 热力学 第二定律 等值过程 绝热过程 循环过程 卡诺循环 (理想气体) (对热机效率的研究) 理想气体物态方程 准静态过程 熵 熵增加原理 平衡态、准静态过程,热量、功、内能等基本概念,热力学第一定律及其对理想气体各等值过程的应用,理想气体的摩尔热容,循环过程,卡诺循环,热力学第二定律,熵和熵增加定理等。 主要内容: 一 气体的物态参量(宏观量) 1 压强 : 力学描述 单位: 标准大气压: 纬度海平面处, 时的大气压. 2 体积 : 几何描述 单位: 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 3 温度 : 热学描述 单位: (开尔文). 二 平衡态 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 1.热力学系统(简称系统): 在给定范围内,由大量微观粒子所组成的宏观物体。 2.系统的外界(简称外界) 与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。 ③若气体状态变化很微小,可略去~近似平衡态。 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 与外界有 m、E 交换 与外界有 E 交换,无 m 交换 与外界无 E、m 交换 开放系统 孤立系统 封闭系统 系统 在不受外界影响的条件下,系统的宏观性质不随时间变化的状态。 或孤立系统达到的稳定状态。 说明: ①指外界对系统既不作功,又不传热; ②理想模型,实际中不存在; 3.热力学平衡态: 真 空 膨 胀 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 平衡态的特点 (1)单一性 (p,T 处处相等); (2)物态的稳定性—— 与时间无关; (3)自发过程的终点; (4)热动平衡(有别于力平衡). 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 三 理想气体物态方程 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 1.气体物态方程 气体处于平衡态时,其物态参量p,V,T之间的关系,即其中一个量是其他两个量的函数。 ~其具体形式由实验决定。 2.理想气体的物态方程 注:状态方程在热力学中是通过大量实践总结来的。然而应用统计物理学,原则上可根据物质的微观结构推导出来。 第十二章 气体动理论 理想气体:在任何情况下都严格遵守“玻意耳-马略特定律”、“盖-吕定律”、“查理定律”三条实验定律和阿伏伽德罗定律的气体。 气体在温度不太低、压强不太大时,可近似为理想气体。 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 ①玻意耳(Boyle)定律 实验证明:一定质量的气体,当温度保持不变时,它的压强与体积的乘积等于恒量。 即: C在不同的T时,有不同的值。~玻意耳-马略特定律 ②盖·吕萨克(Gay-Lussac)定律: 一定质量的气体,当压强保持不变时,它的体积与热力学温度成正比。 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 即: ③查理(Charles)定律: 一定质量的气体,当体积保持不变时,它的压强与热力学温度成正比。 即: ④阿伏伽德罗(A.Avogadro)定律 在相同的温度和压强,相同体积的气体含有相同数目的分子。 由此可知:在标准状态下,1mol任何气体的体积都为 22.4升。 摩尔气体常量 对一定质量的同种气体 理想气体物态方程一 系统总质量, 摩尔质量, 单个分子质量 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 k 称为玻耳兹曼常量. n =N/V,为气体分子数密度. 理想气体物态方程二 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 第十二章 气体动理论 一柴油的汽缸容积为 0.827×10-3 m3 。压缩前汽缸的空气温 度为320 K, 压强为8.4×104 Pa ,当活塞急速推进时可将空气压缩到原体积的 1/17 , 使压强增大到 4.2×106 Pa 。 解 T2 柴油的燃点 若在这时将柴油喷入汽缸,柴油将立即燃烧,发生爆炸,推动活塞作功,这就是柴油机点火的原理。 例 求 这时空气的温度 四 热力学第零定律 如果物体 A 和 B 分别与物体 C 处于热平衡的状态,那么 A 和 B 之间也处于热平衡. 第十二章 气体动理论 12-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 一 准静态过程(理想化的过程) 13-1 准静态过程 功 热量 热力学过程:当一热力学系统的状态随时间改变时,系统就经历了一个热力学过程(简称过程)。 ①非静态过程: 中间状态不是平衡态 ②准静态过程: (平衡过程) 过程进行得足够缓慢,中间状态近似平衡态~理想过程。 实际过程是非准静态过程,但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间,均可看作准静态过程。如:实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程 第十二章 气体动理论 T 13-1 准静态过程 功 热量 十三章 热力学基础 例:①气体自由膨胀 气体 活塞 砂子 1 2 ②气体等温膨胀 二 功(过程量) 十三章 热力学基础 ~系统在准静态过程中,太阳集团娱乐网址由于其体积变化所作的功。 13-1 准静态过程 功 热量 结论:系统所作的功在数值上等于P-V图上过程曲线以下的面积。 注意:功不是态函数,而是一个过程量。 注意:非静态过程不适用 示功图: p - V 图上过程曲线下的面积 当气体膨胀时,它对外界作正功;当气体被压缩时,它对外作负功,但其数值都等于过程曲线下面的面积。 净 注:功(过程量) 13-1 准静态过程 功 热量 十三章 热力学基础 1 功是能量传递和转换的量度,太阳集团娱乐网址它引起系统热运动状态的变化. 2 准静态过程功的计算 三、热量Q 国际单位制中,热量Q的单位:J(焦耳) ~系统之间或系统与外界之间由于热相互作用(或由于温度差),而传递的能量。 ②热量传递的多少与其传递的方式有关,所以,热量与功一样都是与热力学过程有关的量,也是一个过程量。 说明: ①在系统与外界之间发生能量传递时,无论系统的温度是否发生变化,都是热量的传递过程。 ③传递热量和作功是能量传递的两种方式,其量值可以作为内能变化的量度。就内能的变化来说,外界对系统作功和传递热量是等效的。 (1)都是过程量:与过程有关; (3)功与热量的物理本质不同 . 1 cal = 4.18 J , 1 J = 0.24 cal 功与热量的异同 (2)等效性:改变系统热运动状态作用相同; 十三章 热力学基础 13-1 准静态过程 功 热量 实验证明系统从状态A 变化到状态B,可以采用做功和传热的方法,不管经过什么过程,只要始末状态确定,做功和传热之和保持不变. 一 内能 (状态量) 十三章 热力学基础 13-2 热力学第一定律 内能 例:实际气体 理想气体 2 A B 1 * * 2 A B 1 * * 十三章 热力学基础 13-2 热力学第一定律 内能 理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 ,理想气体的内能仅是温度的函数 . 十三章 热力学基础 13-2 热力学第一定律 内能 十三章 热力学基础 内能变化方式 做功 热传递 E改变方式 特 点 能量转换 量度 做功 热传递 与宏观位移相联系通过非保守力做功实现 机械 运动 热运动 W 与温差相联系,通过分子碰撞实现 热运动 热运动 Q 系统内能的增量只与系统的初态和末态有关,与系统所经历的过程无关 . 2 A B 1 * * 2 A B 1 * * 十三章 热力学基础 13-2 热力学第一定律 内能

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