普通物理熱力學PPT1

熱力學基礎（一）第一講本講主要內(nèi)容A.熱力學基本概念

理想氣體狀態(tài)方程C.熱力學第一定律D.熱力學第一定律的應用A.熱力學基本概念一、熱力學系統(tǒng)與外界熱力學研究的對象----熱力學系統(tǒng)它包含極大量的分子、原子以阿伏伽德羅常數(shù)NA=6.022×1023計熱力學系統(tǒng)以外的物體稱為外界例：若汽缸內(nèi)氣體為系統(tǒng)，其它為外界開放系統(tǒng)

孤立系統(tǒng)封閉系統(tǒng)系統(tǒng)與外界有m、E

交換與外界有E交換，無m交換與外界無E、m

交換二、平衡態(tài)與狀態(tài)參量在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)，稱為平衡態(tài)。思考：1、什么是非平衡態(tài)？2、為什么說平衡態(tài)是理想模型？3、為什么說平衡態(tài)是動態(tài)平衡？狀態(tài)參量描述熱力學系統(tǒng)平衡態(tài)的宏觀性質(zhì)的物理量：P、T、V、E、S...描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀量，一般可以直接測量。V、E等----可以累加，稱為廣延量。P、T等----不可累加，稱為強度量。溫度

TABAB絕熱板導熱板A、B兩系統(tǒng)互不影響，各自達到平衡態(tài)A、B兩系統(tǒng)的平衡態(tài)若有聯(lián)系，在達到熱平衡時，A、B兩系統(tǒng)具有一個共同的宏觀性質(zhì)，稱為系統(tǒng)的溫度

。溫度測量ABC設A和C、B和C分別熱平衡，則A和B一定熱平衡。（熱力學第零定律）CA和C熱平衡，TA=TC；C<<A，A改變很小，TA基本是原來系統(tǒng)A的溫度攝氏溫標利用水銀或酒精的熱脹冷縮特性標準狀態(tài)下，水的冰點（0℃），水的沸點（100℃），之間一百等份。A熱力學溫標與任何物質(zhì)特性無關，與理想氣體溫標等價。攝氏溫度

t（℃）與熱力學溫度T（K）的關系水的三相點T=273.16K三、準靜態(tài)過程與相圖準靜態(tài)過程：（平衡過程）過程進行得足夠緩慢，過程中系統(tǒng)的每一個狀態(tài)都是平衡態(tài)非靜態(tài)過程：中間狀態(tài)不是平衡態(tài)SP以狀態(tài)參量為坐標軸構成相空間相圖平衡態(tài)——對應相空間中的點準靜態(tài)過程——對應相空間中的線PVV1V2P0

理想氣體狀態(tài)方程對于一定質(zhì)量的理想氣體，理想氣體是理想模型。在壓強不太高和溫度不太低的情況下，實際氣體可看成理想氣體。理想氣體狀態(tài)方程其中：m

為氣體的總質(zhì)量，M

為氣體的摩爾質(zhì)量——摩爾數(shù)R——普適氣體常數(shù)1mol理想氣體在標準狀態(tài)

下的體積為C.熱力學第一定律一、內(nèi)能功熱量內(nèi)能熱力學系統(tǒng)內(nèi)所有分子熱運動的能量（分子的平動、轉動與振動的能量）和分子間相互作用的勢能。不包括系統(tǒng)整體的機械能。內(nèi)能是狀態(tài)量。實際氣體理想氣體理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)。導致系統(tǒng)內(nèi)能變化的兩種能量傳遞方式：做功熱傳遞功有規(guī)則運動與無規(guī)則運動（熱運動）之間的能量轉換，與宏觀位移相聯(lián)系。準靜態(tài)過程中系統(tǒng)對外界所做的功SPdl系統(tǒng)所做的功等于P-V圖上過程曲線下的面積。PV12PV12PV12IIIPV12注意：功是過程量熱量系統(tǒng)與外界之間熱運動能量的傳遞，通過分子碰撞來實現(xiàn)，與溫差相聯(lián)系。摩爾熱容量：

1mol物質(zhì)溫度升高一度所需要吸收的熱量。系統(tǒng)從外界吸收的熱量用Q表示，單位為J。Q

是過程量。定壓摩爾熱容量：

1mol氣體在壓強不變的過程中，溫度升高一度所需要吸收的熱量。定容摩爾熱容量：1mol氣體在體積不變的過程中，溫度升高一度所需要吸收的熱量。二、熱力學第一定律1.數(shù)學形式：對于微小過程，注意：*系統(tǒng)吸熱Q>0，系統(tǒng)放熱Q<0。*系統(tǒng)對外界作功W>0，外界對系統(tǒng)作功W<0。2.物理意義：涉及熱運動和機械運動的能量轉換及守恒定律。3.其它表述：第一類永動機是不可能實現(xiàn)的。第一類永動機：系統(tǒng)經(jīng)歷一系列狀態(tài)變化后回到初態(tài)，不消耗內(nèi)能，不從外界吸熱，只對外做功。D.熱力學第一定律的應用一、等容過程僅討論理想氣體的幾種準靜態(tài)過程QPVVoV=const.過程方程系統(tǒng)對外界不做功系統(tǒng)吸收的熱量全部用來增加系統(tǒng)的內(nèi)能吸收的熱量內(nèi)能的增量因為理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，所以上式也適用于理想氣體的其他過程。二、等壓過程PQPVV1V2PoP=const.過程方程系統(tǒng)對外界所做的功吸收的熱量內(nèi)能的增量等壓過程中系統(tǒng)吸收熱量的一部分增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用于對外界做功，因此CP

>CV?！~耶公式——泊松比單原子分子（如He）雙原子分子（如H2）多原子分子（如CO2）CVCPV1V2PVPQQ=W三、等溫過程T=const.過程方程等溫過程系統(tǒng)內(nèi)能不變系統(tǒng)對外界所做的功吸收的熱量例題、將500J的熱量傳給標準狀態(tài)下2mol的氫。（1）V不變，熱量變?yōu)槭裁矗繗涞臏囟葹槎嗌?？?）T不變，熱量變?yōu)槭裁?？氫的P、V各為多少？（3）P不變，熱量變?yōu)槭裁?？氫的T、V各為多少？解：（1）QV=E，熱量轉變?yōu)閮?nèi)能（2）QT=W，熱量轉變?yōu)楣Γ?）QP=

W+E，熱量轉變?yōu)楣蛢?nèi)能例題：一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到達c。（圖中abc為一直線），求此過程中：

（1）氣體對外做的功；（2）氣體內(nèi)能的增量；（3）氣體吸收的熱量。P(atm)V(l)0321321cba解：P(atm)V(l)0321321cba例:質(zhì)量為2.810-3kg，壓強為1atm，溫度為27℃的氮氣，先等容增壓，壓強升至3atm；再等溫膨脹，壓強降至1atm；然后等壓壓縮，體積壓縮一半。試求氮氣在全部過程中的內(nèi)能變化、所做的功和吸收的熱量，并畫出P-V圖。解：V3V4VP(atm)132V1V3V4VP(atm)132