常樹人熱學章

常樹人熱學章第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一熱力學第一定律（一）功、內能和熱量熱力學第一定律準靜態(tài)過程與可逆過程第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一熱力學第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的特殊表述。做功與傳熱的區(qū)別？應從宏觀的角度認識內能——熱運動形態(tài)的能量內能與其他形式能量的區(qū)別？現(xiàn)僅討論封閉系第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一熱力學的廣義功不僅有力學里的機械功，還包括電磁作用時所對應的功。舉例：體積功：外界壓縮物體，或物體膨脹對外做功液體表面張力做功電池中移動電荷的功磁介質磁化過程的功電介質極化過程的功第4頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一從宏觀角度定義內能直覺上：和“熱”有關的能，不是整體宏觀機械能、不是電磁能，那就是“內能”。（不嚴密）嚴格定義：（其實離不開直覺，只是表述嚴密些）絕熱過程與絕熱功：使系統(tǒng)的變化完全是機械或電磁的直接作用，沒有受到其他影響。這就是絕熱過程。絕熱過程所做的機械或電磁功即是絕熱功。焦耳測熱功當量的大量實驗表明，絕熱過程中，無論怎樣具體對外做功，功的數(shù)量只和系統(tǒng)初末態(tài)有關。所以類似于重力勢能，可以定義“內能”。第5頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)學表達ΔU=U2-U1=Aa對于氣體，一般來說，狀態(tài)參量是體積V和壓強p，所以可以取T,p,V中的任意兩個座位獨立而完備的熱力學變量。U=U(p,V)=U(p,T)=U(V,T)第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一熱量由于溫度差而傳遞的能量，稱為熱量Q=ΔU-A功與熱量僅僅在狀態(tài)變化的時候有意義。做功和傳熱的無限小量用dA和dQ表示?！盁崮堋钡恼f法不嚴密。一個物體具有多少“熱量”的說法也不嚴密。做功與傳熱的區(qū)別與聯(lián)系傳熱僅發(fā)生在有溫差的情況下功可以完全轉化為熱而不產(chǎn)生其他影響，熱不能完全轉化為功而不產(chǎn)生其他影響一個過程是做功還是傳熱，與系統(tǒng)邊界的劃分有關。第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一熱力學第一定律熱量的本質是什么？（熱質說與熱動說）熱力學第一定律的數(shù)學表述ΔU=A+QA>0，外界對系統(tǒng)做功。Q>0，系統(tǒng)從外界吸熱上式只對平衡態(tài)有用。對于近平衡的非平衡態(tài)，可以采用“局域平衡”的思路，定義系統(tǒng)內能為各個部分內能之和。ΔU=ΔU1+ΔU2+…對于一無限小的元過程，dU=dA+dQ第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一準靜態(tài)過程平衡態(tài)的系統(tǒng)，當外界條件變化時，其平衡態(tài)被破壞，會有一段“弛豫時間”，才能達到新平衡態(tài)。如果弛豫時間遠遠小于外界條件改變的時間，則稱為“準靜態(tài)”。每一時刻可用確定的狀態(tài)參量描寫系統(tǒng)狀態(tài)每一狀態(tài)都與外界保持相應平衡，因此可用外界條件來唯一確定是對進行得足夠緩慢的實際過程的近似代表。第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一第10頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一可逆過程一個過程會對系統(tǒng)狀態(tài)及外界都產(chǎn)生影響。若能做到在反向過程的每一步，系統(tǒng)及外界的狀態(tài)都能逆序重演，則稱為可逆過程。不可逆過程與可逆過程的區(qū)別是：對外界的影響無法抵消。不可逆性來自耗散效應不平衡效應無摩擦的準靜態(tài)過程必定是可逆過程。第11頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一第12頁，共13頁，2023年，