熱學(xué)第九講 熱力學(xué)過程

熱學(xué)第九講熱力學(xué)過程第一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三第二章第三章第四章氣動理論

統(tǒng)計(jì)物理學(xué)(1)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)(2)漲落理論，幾率第一章第五章第六章唯象理論

熱力學(xué)(1)不管微觀結(jié)構(gòu)(2)無漲落真空第二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三第五章熱力學(xué)第一定律

TheFirstLawofThermodynamics歷史背景：19世紀(jì)40年代以前，自然科學(xué)的發(fā)展為能量轉(zhuǎn)化與守恒原理奠定了基礎(chǔ)。1．力學(xué)方面的準(zhǔn)備

伽利略的斜面問題和擺的運(yùn)動，斯梯芬(Stevin，1548—1620)杠桿原理的研究，惠更斯完全彈性碰撞的研究等；伯努利(DanielBernoulli，1700—1782)的流體運(yùn)動方程是流體運(yùn)動中的機(jī)械能守恒定律。第三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三2．化學(xué)、生物學(xué)方面的準(zhǔn)備法國的拉瓦錫(A.L.Lavoisier，1743—1794)和拉普拉斯(P.S.M.Laplace，1749—1827)曾經(jīng)研究過一個重要的生理現(xiàn)象，他們證明豚鼠吃過食物后發(fā)出動物熱與等量的食物直接經(jīng)化學(xué)過程燃燒所發(fā)的熱接近相等。德國化學(xué)家李比希(J.Liebig，1803—1873)的學(xué)生莫爾則進(jìn)一步認(rèn)為不同形式的“力”（即能量）都是機(jī)械“力”的表現(xiàn)，他寫道：“除了54種化學(xué)元素外，自然界還有一種動因，叫做力。力在適當(dāng)?shù)臈l件下可以表現(xiàn)為運(yùn)動、化學(xué)親和力、凝聚、電、光、熱和磁，從這些運(yùn)動形式中的每一種可以得出一切其余形式?！彼鞔_地表述了運(yùn)動不同形式的統(tǒng)一性和相互轉(zhuǎn)化的可能性。TheFirstLawofThermodynamics歷史背景：第四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三4．熱學(xué)方面的準(zhǔn)備3．電磁學(xué)方面的準(zhǔn)備在電與熱的關(guān)系上，1821年塞貝克(Seebeck)發(fā)現(xiàn)的溫差電現(xiàn)象是“自然力”互相轉(zhuǎn)化的又一重要例證。焦耳(J.P.Joule，1818—1889)在1840年研究了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)i2R定律，這是能量轉(zhuǎn)化的一個定量關(guān)系，對能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的建立有重要意義。TheFirstLawofThermodynamics歷史背景：第一類永動機(jī)研發(fā)的失?。〉谖屙?，共八十三頁，編輯于2023年，星期三魔輪通過安放在轉(zhuǎn)輪上一系列可動的懸臂實(shí)現(xiàn)永動，向下行方向的懸臂在重力作用下會向下落下，遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)輪中心，使得下行方向力矩加大，而上行方向的懸臂在重力作用下靠近轉(zhuǎn)輪中心，力矩減小，力矩的不平衡驅(qū)動魔輪的轉(zhuǎn)動?！澳л啞狈▏撕鄡?nèi)考第六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三“第一類永動機(jī)”第七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三放之四海皆準(zhǔn)1775年，法國科學(xué)院不再受理關(guān)于永動機(jī)的發(fā)明。

“永動機(jī)”是違背了最基本的科學(xué)原理:物質(zhì)守恒和能量守恒原理的。但古今中外始終有人還在搞什么“永動機(jī)”的發(fā)明。這些人中有些是對科學(xué)的基本原理不清楚，以致白白浪費(fèi)了時間和精力(國民革命軍將領(lǐng)黃維)；而更多的是別有用心的騙子，希望以永動機(jī)出名和獲利，制造各種假的“永動機(jī)”來欺世盜名騙錢。第八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三大約在280年前，有位德國博士奧爾菲留斯發(fā)明了一個“永動機(jī)”自動輪。1717年，波蘭國王把這位博士請到了波蘭，并派了一位名叫格森·卡賽爾斯基的州長鑒定其真?zhèn)?。這位州長為奧爾菲留斯創(chuàng)造了條件，把安裝機(jī)器的房子與四周隔離。1717年11月12日，自動輪安裝完畢，開始轉(zhuǎn)動。州長親自鎖上了門，貼上了封條，派了兩名衛(wèi)兵晝夜看守這座房子。兩周以后州長親自啟封開鎖，看到輪子還在轉(zhuǎn)動，于是再次上鎖加封，又過了40天。1728年1月4日再次開封，輪子還在轉(zhuǎn)。這位認(rèn)真的州長還不放心，又觀察了兩個月，看到了輪子確實(shí)“永動”。于是州長就給奧爾菲留斯頒發(fā)了鑒定證書，從此以后奧爾菲留斯名聲大噪，他周游歐洲列國展出他的自動輪，賣票賺了許多錢，并得到各國大人物的褒獎和輿論界的贊揚(yáng)。

消息傳到俄國，彼得大帝對該發(fā)明極感興趣，派了一位專使蘇馬赫找奧爾菲留斯談判，想連人帶機(jī)器買到俄國去。奧爾菲留斯開價是10萬盧布！蘇馬赫向彼得大帝匯報(bào)了兩個情況：一是他看到輪子真的不停地轉(zhuǎn)，二是介紹了法國和英國學(xué)者的看法，他們無論如何也不相信“永動機(jī)”是真的，因?yàn)樗鼜母旧鲜沁`背科學(xué)原理的。因此，彼得大帝遲遲未下決心用10萬盧布巨款去買這個自動輪，他想在1725年親自去歐洲看看，但后來由于他去世了，終歸沒有看到這個“永動機(jī)”。

科學(xué)界一直認(rèn)為這絕對是一個大騙局。他們并不買那位波蘭州長的帳。憑什么他用眼睛看看就認(rèn)為是事實(shí)，就發(fā)什么鑒定證書，真是豈有此理?？茖W(xué)家們公開指責(zé)這是個大騙局，并且懸賞1000馬克給揭穿騙局的人。

最后騙局被博士先生的女仆揭穿了。原來這間安放自動輪的房子里修了一個夾壁墻，只要有人在夾壁墻內(nèi)牽動繩子，輪子就會轉(zhuǎn)。輪子不是“永動”的，而是“人動”的。牽繩的人就是博士的弟弟和女仆。我們不知道那位女仆有沒有得到1000馬克的賞金，但確實(shí)有人出了一本小冊子，揭露了這個騙局，還公布了一張圖，人們一看就會明白無誤。第九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三在我國，早在新中國成立之初，1949年4月創(chuàng)刊的《科學(xué)通報(bào)》第一期上，中國科學(xué)院就已宣布“永動機(jī)”是不可能的，并且希望發(fā)明家們今后能將他們的發(fā)明熱忱和精力轉(zhuǎn)移到切合實(shí)際的方面上去。然而“永動機(jī)”的“發(fā)明家”仍是絡(luò)繹不絕。

最近，在全國各地傳播著一個關(guān)于“永動機(jī)”的錄像資料。這份錄像前面有一段前言，是這樣說的：我國青年科學(xué)家王某，一個名不見經(jīng)傳，沒有受過系統(tǒng)高等教育的小人物在前人無數(shù)次失敗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過無數(shù)次地探索，不斷地追求，以驚人的毅力，大無畏的精神敢于向科學(xué)上的傳統(tǒng)觀念挑戰(zhàn)，敢于向著名的科學(xué)權(quán)威挑戰(zhàn)，在攻克了以水代油的能源新技術(shù)之后，又攻克了“永動機(jī)”這一世界尖端科學(xué)的新技術(shù)。

這一世界尖端科學(xué)的新技術(shù)到底如何呢？首先，鑒定這一新技術(shù)的不是科學(xué)家，而是某市公安局副局長及其下屬們。其次我們看到王某在公安局副局長面前將幾塊木板拼湊起來，中間卡了一個木軸，撥動后木軸就不斷轉(zhuǎn)動，這就是王某的“永動機(jī)”。錄像顯示這個“永動機(jī)”還能發(fā)電，電力可以使電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)工作，等等。但是問題在于，王某始終沒有說清他家中幕前幕后的電線分布狀態(tài)。另外，在這幾塊木板中，有一塊木板早就做好了圓孔，可以卡入一個小電動機(jī)，所謂轉(zhuǎn)動不停的木棍是聯(lián)在小電動機(jī)上的。如果仔細(xì)點(diǎn)，人們就會發(fā)現(xiàn)，木板孔內(nèi)有電動機(jī)的電源接頭。而奧妙就在這塊木板之內(nèi)，如果將此塊木板劈開，真相就可大白。所謂的“永動機(jī)”和現(xiàn)時商店中賣的轉(zhuǎn)動不停的案頭裝飾品沒什么兩樣，那些裝飾品的動力在于底座中的電池。而王某的“永動機(jī)”的電池正是在木板夾層之內(nèi)。

這是一個表演的騙局，但絕對騙不倒科學(xué)家和具有起碼科學(xué)精神和科學(xué)方法的人們。王某在家中給公安局長表演得還是很“靈”的，可一但離開了“家”，表演就原形畢露了。他被請到了某研究院表演他的“永動機(jī)”，而研究院的領(lǐng)導(dǎo)們事先切斷了全院的電源。這時，什么電冰箱、洗衣機(jī)、電視機(jī)全部無法啟動，而且“永動機(jī)”空轉(zhuǎn)也成了問題。這就使得王某先是滿頭大汗，最后只能鼠竄而去。這就是最新的“永動機(jī)”騙局！它的本質(zhì)是“騙”，而其社會功能則是一把尺子，一把衡量國民科學(xué)文化素質(zhì)的尺子。第十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三放之四海皆準(zhǔn)永動機(jī)之不可能，實(shí)質(zhì)上是用否定的形式提出了能量守恒的基本思想。在18世紀(jì)末19世紀(jì)初，隨著蒸汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們越來越關(guān)注熱和功的轉(zhuǎn)化問題。于是，熱力學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。

19世紀(jì)初，由于蒸汽機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展，迫切需要研究熱和功的關(guān)系，對蒸汽機(jī)“出力”作出理論上的分析。所以熱與機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)化得到了廣泛的研究。第十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三到19世紀(jì)上半葉，已有很多種能量轉(zhuǎn)化的形式被發(fā)現(xiàn)：放之四海皆準(zhǔn)1845年提出了25種運(yùn)動形式相互轉(zhuǎn)化的形式。

法國的拉瓦錫曾經(jīng)研究過一個重要的生理現(xiàn)象，豚鼠吃過食物后發(fā)出動物熱與等量的食物直接經(jīng)化學(xué)過程燃燒所發(fā)的熱接近相等；

1821年塞貝克發(fā)現(xiàn)的溫差電現(xiàn)象是“自然力”互相轉(zhuǎn)化的又一重要例證，焦耳在1840年研究了電流的熱效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)i2R定律，這是能量轉(zhuǎn)化的一個定量關(guān)系........

埃瓦特(PeterEwart，1767-1842)對煤的燃燒所產(chǎn)生的熱量和由此提供的“機(jī)械動力”之間的關(guān)系作了研究;

丹麥工程師和物理學(xué)家柯爾丁(L.Colding，1815-1888)對熱、功之間的關(guān)系也作過研究：從事過摩擦生熱的實(shí)驗(yàn)........

第十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三確立能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的三大功臣a.孜孜不倦的實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家

從1840到1879年Joule進(jìn)行了多種多樣的實(shí)驗(yàn)，致力于精確測定功與熱相互轉(zhuǎn)化的數(shù)值關(guān)系——熱功當(dāng)量。他于1850年發(fā)表了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其熱功當(dāng)量相當(dāng)于4.157J·cal-1。能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)

……第十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三邁爾在一次駛往印度尼西亞的航行中，作為隨船醫(yī)生，在給生病的船員放血時，發(fā)現(xiàn)靜脈血不象生活在溫帶國家中的人那樣顏色暗淡，而是象動脈血那樣新鮮。當(dāng)?shù)蒯t(yī)生告訴他，這種現(xiàn)象在遼闊的熱帶地區(qū)是到處可見的。這現(xiàn)象引起了邁爾的沉思。他想到，食物中含有化學(xué)能，它象機(jī)械能一樣可以轉(zhuǎn)化為熱。在熱帶高溫情況下，機(jī)體只需要吸收食物中較少的熱量，所以機(jī)體中食物的燃燒過程減弱了，因此靜脈血中留下了較多的氧。他已認(rèn)識到生物體內(nèi)能量的輸入和輸出是平衡的。

歷史上第一個發(fā)表論文，闡述能量守恒原理的是德國人邁耶(Mayer)。b.善于總結(jié)的自然博物學(xué)家——邁耶1842-1847年間確立了能量守恒定律.......第十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三1842年邁爾提出了機(jī)械能與熱能間轉(zhuǎn)換的原理，

焦耳是通過大量嚴(yán)格的定量實(shí)驗(yàn)去精確測定熱功當(dāng)量,從而證明能量守恒概念的；而邁耶則從哲學(xué)思辨方面闡述能量守恒概念。善于總結(jié)的自然博物學(xué)家——邁耶……第十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

德國生理學(xué)家、物理學(xué)家Helmholtz赫姆霍茲，發(fā)展了邁耶和焦耳的工作，討論了當(dāng)時的力學(xué)的、熱學(xué)的、電學(xué)的、化學(xué)的各種科學(xué)成就。

他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣J(rèn)證了如下規(guī)律：在各種運(yùn)動中的能量是守恒的。第一次以數(shù)學(xué)方式提出了能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。c.亥姆霍茲概括出能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的三大功臣第十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然界基本規(guī)律之一。恩格斯對這一規(guī)律的發(fā)現(xiàn)給予崇高的評價，把它和達(dá)爾文進(jìn)化論及細(xì)胞學(xué)說并列為三大自然發(fā)現(xiàn)。紀(jì)念為實(shí)現(xiàn)永動機(jī)奮斗而失敗的人們放之四海皆準(zhǔn)歷史背景：第十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程§5.2功§5.3熱量§5.4熱力學(xué)第一定律§5.5熱容量焓§5.6氣體的內(nèi)能焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)§5.8循環(huán)過程和卡諾循環(huán)

§5.7熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用TheFirstLawofThermodynamics第十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程一、熱力學(xué)過程二、熱力學(xué)過程的分類、表示第十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三一、熱力學(xué)過程1、定義：熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間變化，稱系統(tǒng)經(jīng)歷了一個熱力學(xué)過程。p1,T1,V1p2,T2,V2vacuum第二十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三描述熱力學(xué)過程的一個重要指標(biāo)！2、馳豫時間：當(dāng)外界條件變化時，系統(tǒng)原來的平衡態(tài)被破壞，系統(tǒng)本身由于分子熱運(yùn)動和碰撞而產(chǎn)生的輸運(yùn)過程力圖消除外界作用造成的不平衡，而在外界決定的新條件下達(dá)到新的平衡，這需要一定的時間——以

表示。壓強(qiáng)

<溫度外界條件變化的時間間隔t與馳豫時間的相對快慢!第二十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程一、熱力學(xué)過程二、熱力學(xué)過程的分類、表示1.非靜態(tài)過程2.準(zhǔn)靜態(tài)過程（Quasi-staticprocess）第二十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

當(dāng)t<<

時,二、熱力學(xué)過程的分類、表示1、非靜態(tài)過程：初態(tài)————————〉終態(tài)…系列非平衡態(tài)…整個過程每進(jìn)行一步所用的時間比相應(yīng)的馳豫時間短，即對系統(tǒng)的破壞比系統(tǒng)平衡態(tài)的恢復(fù)更快！第二十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三實(shí)際的變化過程——

非靜態(tài)過程常以一條隨意畫的虛線表示。第二十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三2、準(zhǔn)靜態(tài)過程：當(dāng)t>>

，初態(tài)--------------------------------終態(tài)…系列平衡態(tài)（pVT）…無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程（內(nèi)參量等于外參量）第二十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

!一種理想的狀態(tài)變化過程。

！在狀態(tài)圖上表示：一系列點(diǎn)所聯(lián)結(jié)成的實(shí)線。第二十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三（1）一個個先后移走砝碼，并且只有新平衡態(tài)建立以后才移走下一個砝碼，就是（Ⅲ）。

例1.從活塞上移走砝碼的實(shí)驗(yàn):

圖示：活塞上非常小砝碼mgΔp=mg/A<<p

，

(I)→(Ⅲ)的過程可看作準(zhǔn)靜態(tài)過程,第二十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

例1.從活塞上移走砝碼的實(shí)驗(yàn):（2）全部砝碼水平地移到右擱板上，這就是(Ⅱ)。為非靜態(tài)過程。在振蕩過程中不滿足力學(xué)平衡條件第二十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三該過程是否是準(zhǔn)靜態(tài)過程?由于在熱傳導(dǎo)過程中，固體溫度處處不同，它不滿足熱學(xué)平衡條件

故不是準(zhǔn)靜態(tài)過程。

例2：熱量傳遞過程。使物體溫度從T1變?yōu)門0的準(zhǔn)靜態(tài)過程？第二十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三要求ΔT<<Ti

，其溫度依次遞增ΔT使物體溫度從T1變?yōu)門0的準(zhǔn)靜態(tài)過程第三十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三在等溫等壓條件下氧氣與氮?dú)饣U(kuò)散過程中所經(jīng)歷的任一中間狀態(tài)，氮?dú)馀c氧氣的成分都處處不均勻，系統(tǒng)不滿足化學(xué)平衡條件.

又如，兩種液體相互混合、固體溶解于水、滲透等過程第三十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三既然準(zhǔn)靜態(tài)過程要求經(jīng)歷的每一個中間狀態(tài)都是平衡態(tài)，故只有系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間及系統(tǒng)與外界之間都始終同時滿足力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)平衡條件的過程才是準(zhǔn)靜態(tài)過程。而在實(shí)際過程中的“滿足”常常是有一定程度的近似的。第三十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

只要系統(tǒng)內(nèi)部各部分間(或系統(tǒng)與外界間)的壓強(qiáng)差△p、溫度差△T

，以及同一成分在各處的分子數(shù)密度之差△n,分別滿足△p<<p，△T<<T,△n<<n,系統(tǒng)滿足力學(xué)、熱學(xué)、化學(xué)平衡條件。t>>第三十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程一、熱力學(xué)過程二、熱力學(xué)過程的分類√第三十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程§5.2功§5.3熱量§5.4熱力學(xué)第一定律§5.5熱容量焓§5.6氣體的內(nèi)能焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)§5.8循環(huán)過程和卡諾循環(huán)§5.7熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用TheFirstLawofThermodynamics√第三十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.2功(準(zhǔn)靜態(tài)過程)力學(xué)_機(jī)械功：力對物體作功物體的運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生變化物體的機(jī)械能發(fā)生變化電場功、磁場功作功物體的電磁狀態(tài)改變物體的熱運(yùn)動狀態(tài)改變第三十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.2功(準(zhǔn)靜態(tài)過程)一、流體體積功二、功的認(rèn)識三、其它形式的功第三十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三由于氣體體積減小了Sdl，即

dV=-Sdl

所以上式又可寫成活塞——?dú)飧字袩o摩擦移動,截面積為S，氣缸中封有流體。1.無限小過程一、流體體積功外界對氣體所作元功為：第三十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

在無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)過程中，在無限小的過程中外界對氣體所作元功的表達(dá)式為

系統(tǒng)對外作元功的表達(dá)式為符號規(guī)則：外界對氣體所作元功氣體體積的變化（+膨脹-壓縮）(a)(b)第三十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三2.宏觀有限過程V1->V2外界對氣體所作功為：(適用范圍到固體)準(zhǔn)靜態(tài)過程體積功的公式系統(tǒng)對外界所作功為：第四十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三圖中V到V+dV

區(qū)間內(nèi)曲線下的面積=元功就是從V1到V2

區(qū)間內(nèi)曲線下的面積。3.體積功的幾何表現(xiàn)第四十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

(1)

理想氣體等溫膨脹過程

4.體積功的計(jì)算

準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程中作的功:

第四十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

準(zhǔn)靜態(tài)等溫過程中作的功:

因?yàn)榈葴嘏蛎洉r，

V2＞V1

，

A＜0，說明……利用p1V1

=p2V2的關(guān)系，第四十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三(2)

準(zhǔn)靜態(tài)等壓加熱過程中的功

然后使氣體與一系列的溫度分別為ΔT<<Ti設(shè)想氣缸導(dǎo)熱,被活塞封有的氣體壓強(qiáng)始終保持恒量。2T2第四十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三(2)

準(zhǔn)靜態(tài)等壓加熱過程中的功第四十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三（3）準(zhǔn)靜態(tài)等體積功等體加熱過程中不做功，所吸收的熱量等于內(nèi)能的增加。若用鞘釘把活塞卡死，如圖。第四十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三.體積功的計(jì)算

準(zhǔn)靜態(tài)等溫功:

準(zhǔn)靜態(tài)等壓功：準(zhǔn)靜態(tài)等體功：第四十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三例題1定壓強(qiáng)p下、氣體的體積從V1被壓縮到V2。（1）若為準(zhǔn)靜態(tài)過程，計(jì)算外界所作的功？（2）若為非靜態(tài)過程，結(jié)果如何？解(1)(2)非靜態(tài)過程公式不再適用但是第四十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三例題2——固液體被等溫壓縮的功在T=273.15K下，對1.00g銅加壓，壓強(qiáng)從1.00atm增到1000atm。若為準(zhǔn)靜態(tài)過程，計(jì)算外界所作的功？*等溫壓縮系數(shù)：第四十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.2功(準(zhǔn)靜態(tài)過程)一、流體體積功二、功的認(rèn)識三、其它形式的功第五十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三二、功的認(rèn)識第五十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

說明功與變化路徑有關(guān)，功不是系統(tǒng)狀態(tài)的屬性，不是狀態(tài)的函數(shù)；功是過程量，而非狀態(tài)量！

無窮小變化過程中所做的元功dA’

不滿足多元函數(shù)全微分的條件,dW‘

僅表示沿某一路徑無窮小變化。第五十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.2功(準(zhǔn)靜態(tài)過程)一、流體體積功二、功的認(rèn)識三、其它形式的功第五十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

1.

表面張力功三、其它形式的功第五十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三演示液體表面張力示范實(shí)驗(yàn)演示液體表面張力示范實(shí)驗(yàn)第五十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

1.

表面張力功

設(shè)想在表面上任意畫一條線，該線兩旁的液體表面之間存在相互作用的拉力，拉力方向與所畫線垂直。定義:單位長度所受到的表面張力稱為表面張力系數(shù)σ(N·m-1)。三、其它形式的功第五十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

LFilm(兩個表面)表面張力系數(shù)為σ的肥皂膜在F作用下使金屬絲緩慢向右移動dx

距離，第五十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三在F作用下使金屬絲緩慢向右移動

dx

距離，F(xiàn)克服表面張力所作的元功為：dA

=2σLdx

=σdS(2Ldx=dS)F=2σL

L三、其它形式的功第五十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

2.

可逆電池電荷移動的功G理想蓄電池分壓器B+_abG=0dq<0蓄電池通過外電路放電外電路對蓄電池所作的元功：：用到電場參量：q,U,ε外電路做負(fù)功表示蓄電池放電！第五十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三電場功和磁場功：是指物質(zhì)極化、磁化時熱力系與外界交換的能量。三、其它形式的功第六十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

3.

電場極化功在由電介質(zhì)構(gòu)成的熱力系中，外電場發(fā)生變化時為使電介質(zhì)中的電偶極子轉(zhuǎn)動而沿一定方向排列需作極化功。這時，外界對系統(tǒng)完成的功為：

E為電場強(qiáng)度；p為極化強(qiáng)度（單位容積內(nèi)電偶極矩的矢量和）；V為系統(tǒng)的容積；P為系統(tǒng)的電偶極矩。第六十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

4.

磁化功在由磁性物質(zhì)組成的熱力系中，外磁場變化時為使磁偶極子定向，需對系統(tǒng)完成磁化功。這時，外界對系統(tǒng)完成的功為：

H為電介質(zhì)中的磁場強(qiáng)度；m為磁化強(qiáng)度（單位容積內(nèi)磁偶極矩的矢量和）；u0為自由空間的導(dǎo)磁率;M為系統(tǒng)的磁偶極矩.

第六十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三小結(jié)：各種功廣義力廣義功強(qiáng)度量廣延量廣義位移電荷移動的功表面張力功體積功第六十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三外界對系統(tǒng)所作的元功一般表達(dá)式：當(dāng)系統(tǒng)在廣義力作用下產(chǎn)生廣義位移時，就發(fā)生了某種類型的作功過程（廣義功），在作功過程中外界和系統(tǒng)之間交換能量，從而引起系統(tǒng)狀態(tài)的變化。

將力學(xué)平衡條件被破壞時所產(chǎn)生的對系統(tǒng)狀態(tài)的影響稱為“力學(xué)相互作用”。

功由力學(xué)相互作用引起。

功是力學(xué)相互作用下的能量轉(zhuǎn)移第六十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三§5.1熱力學(xué)過程§5.2功§5.3熱量§5.4熱力學(xué)第一定律§5.5熱容量焓§5.6氣體的內(nèi)能焦耳-湯姆遜實(shí)驗(yàn)§5.8循環(huán)過程和卡諾循環(huán)

§5.7熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用TheFirstLawofThermodynamics√√第六十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三三、結(jié)論一、熱量二、人類對熱量的認(rèn)識§5.3熱量第六十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三一、熱量系統(tǒng)狀態(tài)的改變來源于系統(tǒng)與外界間存在溫度差！來源于熱學(xué)平衡條件的破壞.稱系統(tǒng)與外界間存在熱學(xué)相互作用。作用的結(jié)果使能量從高溫物體傳遞給低溫物體，傳遞的能量稱為熱量。ABT1

T2AB

T熱接觸第六十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

熱量和功是系統(tǒng)狀態(tài)變化中伴隨發(fā)生的兩種不同的能量傳遞形式，它們都與狀態(tài)變化的中間過程有關(guān)，因而不是系統(tǒng)狀態(tài)的特征，而是過程的特征。一、熱量一個無窮小的過程中所傳遞的熱量與功一樣，不滿足多元函數(shù)的全微分條件。

僅表示沿某一路徑上無窮小變化第六十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三熱量來源于熱學(xué)相互作用。還有第三種相互作用——化學(xué)相互作用。

擴(kuò)散、滲透、化學(xué)反應(yīng)等都是由化學(xué)相互作用而產(chǎn)生的現(xiàn)象。

功由力學(xué)相互作用引起。

第六十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三三、結(jié)論一、熱量二、人類對熱量的認(rèn)識§5.3熱量第七十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三二、人類對熱量的認(rèn)識早期有樸素的正確認(rèn)識。那時人們只能根據(jù)摩擦生熱，冷暖轉(zhuǎn)化等表面現(xiàn)象和外部聯(lián)系直觀地對熱的本質(zhì)作些樸素的猜測，如古希臘人認(rèn)為熱是由于物體運(yùn)動而獲得的。17世紀(jì)一些自然哲學(xué)家

Bacon,Boyle,Hooke,Newton

“熱本身、熱的本質(zhì)精髓就是運(yùn)動而不是別的。”

法國的笛卡爾認(rèn)為，熱就是物質(zhì)粒子的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

玻意爾認(rèn)為熱就是由微小物質(zhì)粒子的急速運(yùn)動而產(chǎn)生。第七十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三二、人類對熱量的認(rèn)識FeT1T2較熱的物體含較多的熱量，較冷的物體含較少的熱量！18世紀(jì)，隨著計(jì)量學(xué)、量熱學(xué)、化學(xué)的發(fā)展，人們對熱現(xiàn)象的認(rèn)識，走上了一條曲折的道路。英國物理學(xué)家布萊克提出了系統(tǒng)的“熱質(zhì)說”，第七十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三二、人類對熱量的認(rèn)識英國物理學(xué)家布萊克認(rèn)為熱就是一種沒有重量，不可稱量，不生不變，存在于一切物體之中的可以自由流動的特殊物質(zhì)，物體的冷熱是由熱質(zhì)的多少決定的。熱的傳導(dǎo)，如同流水由高到低流動著熱質(zhì)，熱膨脹是熱質(zhì)注入所致，太陽光透鏡聚焦生熱，也是由于熱質(zhì)集中等，這種觀點(diǎn)統(tǒng)治了上百年，甚至在1789年，拉瓦錫仍把熱擺在化學(xué)元素表中，屬氣體元素。第七十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

熱質(zhì)說認(rèn)為，熱是一種可以透入一切物體之中不生不滅的無色、無味、無重量的流體物質(zhì)。較熱的物體含熱質(zhì)多，較冷的物體含熱質(zhì)少，冷熱不同的物體相互接觸時，熱質(zhì)從較熱物體流入較冷物體中?！镔|(zhì)量守恒的思想的延續(xù)！“熱質(zhì)說”理論本身是錯誤的，但18世紀(jì)和19世紀(jì)初對科學(xué)的發(fā)展起了推動作用。第七十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三沙僧追妖，連追50里后，不光沒逮著，還弄得自己汗流浹背，熱浪襲人，頭頂上的熱氣，如煙如霧，久久不散。沙僧沒問自己為何追不到妖，而是痛苦地仰天長嘆:“天啦，我哪來的這么多熱啊--”

對此問題，八戒不屑一顧，搖頭輕嘆:“幼稚，幼稚?。　?/p>

哪來的熱？實(shí)際上，在兩百多年前，熱可是個神秘東西！那時候，科學(xué)家們不但不了解熱，還不知道燃燒，可笑的是，他們以為自己很了解。如果你問他們，木頭為什么會燃燒，他們會對你說:“你傻呀？這是因?yàn)槟绢^里有燃素！”如果你問他們?yōu)槭裁从械臇|西熱，有的東西冷？他們會毫不猶豫地告訴你，那是因?yàn)闊岬臇|西有熱素，冷的東西有冷素。后來，人們陸陸續(xù)續(xù)發(fā)現(xiàn)一些元素后，依然還是沒有了解熱的本質(zhì)。以至拉瓦錫認(rèn)為，熱素是一種元素，他曾經(jīng)排過一張化學(xué)元素表,上面寫著各種元素:鐵，銅，鉛，熱素……熱物質(zhì)、熱素、熱質(zhì)說第七十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三直到后來，人們才終于認(rèn)識到:熱是物質(zhì)內(nèi)部分子運(yùn)動的表現(xiàn)！物質(zhì)內(nèi)部的分子運(yùn)動的越厲害，就越熱，反之，就越冷。而最早提出這個想法的是俄羅斯科學(xué)院院士羅蒙諾索夫，1745年，戴著假發(fā)的羅蒙諾索夫在科學(xué)大會上宣讀了他的論文《論冷和熱的原因》，一時引起轟動。

羅蒙諾索夫認(rèn)為，冷和熱的根本原因，在于物質(zhì)內(nèi)部的運(yùn)動。就拿水來說，水是由水分子組成的，若水分子運(yùn)動得慢，水的溫度就低，若更慢，水分子就不到處亂跑了，而是原地踏步，于是，水就成了冰。相反，若水分子運(yùn)動劇烈，則水就開始沸騰，蒸發(fā)，變成氣體，從此過上了讓人渴望的自由生活…

熱動說、熱能說——內(nèi)能第七十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期三

沙僧:“我好像不是很懂嘞！”

沒事，馬上就讓你懂：沙僧、八戒！“到！”

你倆分別用手在自己臉