高二物理競賽熱力學(xué)基礎(chǔ)課件

本章從能量的角度出發(fā)，在宏觀上研究熱力學(xué)系統(tǒng)在狀態(tài)變化過程終有關(guān)熱功轉(zhuǎn)換關(guān)系。主要內(nèi)容：1）內(nèi)能功和熱量；2）熱力學(xué)第一定律及其對理想氣體的應(yīng)用；3）循環(huán)過程；4）熱力學(xué)第二定律。

一

掌握內(nèi)能、功和熱量等概念.理解準(zhǔn)靜態(tài)過程.

二

掌握熱力學(xué)第一定律，能分析、計(jì)算理想氣體在等體、等壓、等溫和絕熱過程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量.

三

理解循環(huán)的意義和循環(huán)過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，會計(jì)算卡諾循環(huán)和其他簡單循環(huán)的效率.

四

了解可逆過程和不可逆過程，了解熱力學(xué)第二定律和熵增加原理.教學(xué)要求：熱力學(xué)系統(tǒng)和過程1、孤立系統(tǒng)---與外界無功無熱也無質(zhì)量交換的系統(tǒng)；一）熱力學(xué)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）---熱力學(xué)所研究的對象（應(yīng)包含大量分子）分類：2、封閉系統(tǒng)---與外界不交換質(zhì)量但可交換能量的系統(tǒng)；3、開放系統(tǒng)---既可與外界交換能量又可與外界交換質(zhì)量的系統(tǒng)；二）熱力學(xué)過程---熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的過渡方式1、按與外界的關(guān)系A(chǔ)、自發(fā)過程--無外界幫助可以進(jìn)行的過程高溫低溫B、非自發(fā)過程---有外界幫助才能進(jìn)行的過程高溫低溫p－V圖上，一點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)，一條連續(xù)曲線代表一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程。這條曲線的方程稱為過程方程，準(zhǔn)靜態(tài)過程是一種理想的極限。POV（P1、V1、T1）（P2、V2、T2）平衡狀態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)過程2、按過程中所經(jīng)歷的中間狀態(tài)狀態(tài)分：A、非靜態(tài)過程--系統(tǒng)所經(jīng)歷的狀態(tài)是非平衡態(tài)的過程。B、準(zhǔn)靜態(tài)過程---從初態(tài)---中間態(tài)---終態(tài)都是準(zhǔn)平衡態(tài)的過程PVVP3、按過程的特點(diǎn)分：A、等容過程B、等壓過程C、等溫過程D、絕熱過程E、一般過程---不同于以上過程的過程F、循環(huán)過程---初態(tài)等到于終態(tài)的過程。一、內(nèi)能2）實(shí)際氣體內(nèi)能：所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子間勢能的總和。內(nèi)能是狀態(tài)參量T、V的單值函數(shù)。1）內(nèi)能：系統(tǒng)處于一定狀態(tài)時(shí)系統(tǒng)內(nèi)所有分子能量的總和3）理想氣體內(nèi)能內(nèi)能是狀態(tài)量,是狀態(tài)參量T的單值函數(shù)。4）系統(tǒng)內(nèi)能改變的兩種方式作功是系統(tǒng)熱能與外界其它形式能量轉(zhuǎn)換的量度。將物體宏觀運(yùn)動(dòng)的能量轉(zhuǎn)化成為分子熱運(yùn)動(dòng)的能量。10、做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)摩擦升溫（機(jī)械功）、電加熱（電功）

功是過程量20、熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的內(nèi)能

熱量是過程量熱量是系統(tǒng)與外界熱能轉(zhuǎn)換的量度。傳遞熱量通過微觀分子的相互作用完成的。使系統(tǒng)的狀態(tài)改變，傳熱和作功是等效的。內(nèi)能是狀態(tài)量。Q實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二作功增加物體內(nèi)能傳遞熱量也可增加物體內(nèi)能AAA當(dāng)活塞移動(dòng)微小位移dl時(shí)，系統(tǒng)對外界所作的元功為：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，系統(tǒng)對外界作總功為：二、氣體系統(tǒng)準(zhǔn)靜態(tài)過程中的功1、體積功（膨脹壓縮功）系統(tǒng)對外作正功；系統(tǒng)對外作負(fù)功；系統(tǒng)不作功。2、體積功的圖示

比較a,b過程可知，功的數(shù)值不僅與初態(tài)和末態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過程的路徑有關(guān)?！κ沁^程量由積分意義可知，功的大小等于p—V

圖上過程曲線p(V)下的面積。三、熱量1、定義：由于T的存在，使系統(tǒng)與外界以非功的形式傳遞能量2、規(guī)定：系統(tǒng)吸熱Q>0；微過程dQ>0

系統(tǒng)放熱Q<0；微過程dQ<03、Q是過程量對絕熱過程，Q＝0，對其他過程，Q各不相同

某一過程，系統(tǒng)從外界吸熱Q，對外界做功A，系統(tǒng)內(nèi)能從初始態(tài)E1變?yōu)?/p>

E2，則由能量守恒：四、熱力學(xué)第一定律Q>0，系統(tǒng)吸收熱量；Q<0,系統(tǒng)放出熱量；A>0,系統(tǒng)對外作功；A<0,外界對系統(tǒng)作功；E>0,系統(tǒng)內(nèi)能增加，E<0,系統(tǒng)內(nèi)能減少。規(guī)定意義：系統(tǒng)從外界吸收的能量，一部分用于增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用于對外作功熱力學(xué)第一定律的普遍形式

對于準(zhǔn)靜態(tài)過程，如果系統(tǒng)對外作功是通過體積的變化來實(shí)現(xiàn)的，則熱力學(xué)第一定律另一表述：制造第一類永動(dòng)機(jī)(能對外不斷自動(dòng)作功而不需要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的機(jī)器)是不可能的。2、實(shí)質(zhì)：熱運(yùn)動(dòng)范圍的能量守恒與轉(zhuǎn)化定律結(jié)論：第一類永動(dòng)機(jī)造不成3、熱量Q的計(jì)算VPT2T1先強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)：理想氣體的內(nèi)能變化只與系統(tǒng)始末溫度有關(guān)，而與過程無關(guān)。理想氣體內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)研究理想氣體熱功轉(zhuǎn)換的主要依據(jù)是：或：理想氣體狀態(tài)方程熱力學(xué)第一定律理想氣體的共性一.等體過程V=恒量，dV=0，dA=pdV=0，T2T1pV0ab

等體過程中，外界傳給氣體的熱量全部用來增加氣體的內(nèi)能，系統(tǒng)對外不作功。熱力學(xué)第一定律特點(diǎn)：參量關(guān)系：

等體升壓

12

等體降壓

12結(jié)論等體升壓：吸熱、升溫、內(nèi)能增加；等體降壓：放熱、降溫、內(nèi)能減少。二、等壓過程p=恒量，dp＝012p21OVVV

等壓過程中系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用來對外做功。參量關(guān)系：12A等壓膨脹12A等壓壓縮

AA結(jié)論等壓膨脹：吸熱、升溫、內(nèi)能增加等壓壓縮：放熱、降溫、內(nèi)能減少三.等溫過程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2III..OV2V1

等溫過程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對外做功，系統(tǒng)