物理十章熱力學(xué)

第十章熱力學(xué)基礎(chǔ)1.熱力學(xué)系統(tǒng)

把研究的對(duì)象視為一個(gè)系統(tǒng)，稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，而系統(tǒng)以外的部分則稱為外界。

外界熱力學(xué)系統(tǒng)一熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)由大量的微觀粒子（分子、原子）組成的宏觀系統(tǒng)?！?0.1功熱量熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)系統(tǒng)與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換，則該系統(tǒng)稱為封閉系統(tǒng)外界熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)與外界既有能量交換又有而無(wú)物質(zhì)交換，則該系統(tǒng)稱為開(kāi)放系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)與外界既無(wú)能量交換又無(wú)物質(zhì)交換，則該系統(tǒng)稱為孤立系統(tǒng)平衡態(tài)的特點(diǎn)*1）單一性（處處相等）;2）熱動(dòng)平衡（有別于力平衡）.1.平衡態(tài)

一定量的氣體，在不受外界的影響下,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的,宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡態(tài).（理想狀態(tài)）二

熱力學(xué)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程

熱力學(xué)過(guò)程系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)向另一個(gè)平衡態(tài)過(guò)渡的過(guò)程系統(tǒng)的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行得無(wú)限緩慢，以致于每一個(gè)中間狀態(tài)都可視為平衡態(tài)p

2.熱力學(xué)過(guò)程一個(gè)點(diǎn)：表示一個(gè)平衡態(tài)12p~V圖上注意一條曲線：表示一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程答案Ｃ1.如圖所示，當(dāng)氣缸中的活塞迅速向外移動(dòng)從而使氣體膨脹時(shí)，氣體所經(jīng)歷的過(guò)程A.是平衡過(guò)程，它能用p─V圖上的一條曲線表示．B.不是平衡過(guò)程，但它能用p─V圖上的一條曲線表示．C.不是平衡過(guò)程，它不能用p─V圖上的一條曲線表示．D.是平衡過(guò)程，但它不能用p─V圖上的一條曲線表示．隨堂小議準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功的計(jì)算

要使熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)改變，可以通過(guò)外界對(duì)系統(tǒng)作功，或向系統(tǒng)傳遞熱量.

三改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩個(gè)途徑熱功當(dāng)量1.功（過(guò)程量）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功的計(jì)算注意：作功與過(guò)程有關(guān).系統(tǒng)對(duì)外界作正功系統(tǒng)對(duì)外界作負(fù)功2.熱量（過(guò)程量）系統(tǒng)和外界之間存在溫差而發(fā)生的能量傳遞.1）過(guò)程量：與過(guò)程有關(guān)；2）等效性：改變系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)作用相同；

宏觀運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)功分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng)熱量3）功與熱量的物理本質(zhì)不同.1卡

=4.18J，1J=0.24

卡功與熱量的異同3.內(nèi)能通過(guò)外界對(duì)系統(tǒng)作功，使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化通過(guò)向系統(tǒng)傳遞熱量，使系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化

引入一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)函數(shù)Ｅ，E稱為系統(tǒng)的內(nèi)能．可以通過(guò)作功（用Ａ表示）或傳遞熱量（用Ｑ表示），使系統(tǒng)從一狀態(tài)過(guò)渡到另一狀態(tài)，W＋Ｑ只與系統(tǒng)始、末狀態(tài)有關(guān)，而與具體過(guò)程無(wú)關(guān)。

內(nèi)能是狀態(tài)量：實(shí)際氣體：理想氣體：內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)：

內(nèi)能指與微觀熱運(yùn)動(dòng)有關(guān)的能量，不包括系統(tǒng)整體的機(jī)械能。四熱力學(xué)第一定律

系統(tǒng)所吸收的熱量，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加，另一部分用于系統(tǒng)對(duì)外做功．無(wú)限小過(guò)程

Sp1E1QWSp2E2數(shù)學(xué)表達(dá)式

Q，W，DE的正負(fù)號(hào)的意義

DE：增大為正，減小為負(fù)

W：系統(tǒng)對(duì)外做功為正，外界對(duì)系統(tǒng)做為負(fù)

Q：吸熱為正，放熱為負(fù)

?

另一種描述：第一類永動(dòng)機(jī)是不存在的

如研究的系統(tǒng)為氣體，熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

等值過(guò)程:§10.2熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用一熱力學(xué)第一定律對(duì)于理想氣體等值過(guò)程的應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)變化過(guò)程中,有一個(gè)狀態(tài)不變.

等值過(guò)程有:等容過(guò)程、等壓過(guò)程、等溫過(guò)程.波義耳定律：等溫過(guò)程蓋·呂薩克定律：等壓過(guò)程查理定律:等體過(guò)程p1V1=p2V2

（1）（理想氣體方程）（2）(熱力學(xué)第一定律)波義耳定律：等溫過(guò)程蓋·呂薩克定律：等壓過(guò)程查理定律:等體過(guò)程p1V1=p2V2

1.等容過(guò)程熱力學(xué)第一定律特性常量過(guò)程方程系統(tǒng)對(duì)外做功為0系統(tǒng)從外界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的增加單位

定體摩爾熱容:

理想氣體在等體過(guò)程中吸收的熱量，使溫度升高,其定體摩爾熱容為

定體摩爾熱容另一表述:

理想氣體在等體過(guò)程中,溫度每升高(或降低)10C,吸收的熱量.i

氣體分子的自由度

等體升壓

12

ν摩爾理想氣體在等體過(guò)程中,溫度從T1升高到T2(或降低),吸收的熱量為

等體降壓

122．等壓過(guò)程12熱一律特性常量對(duì)外作功W過(guò)程方程內(nèi)能增加不管什么過(guò)程，多可用吸收熱量

定壓摩爾熱容:

理想氣體在等壓過(guò)程中吸收的熱量，溫度升高，其定壓摩爾熱容為

定壓摩爾熱容另一表述:

理想氣體在等壓過(guò)程中,溫度每升高(或降低)10C,吸收的熱量.

△T=11mol

定壓摩爾熱容和定體摩爾熱容的關(guān)系

比熱容比

等壓過(guò)程吸收熱量?jī)?nèi)能增加對(duì)外作功12A等壓膨脹12A等壓壓縮

W

W答案D1.用公式(式中為定體摩爾熱容量，視為常量，

為氣體摩爾數(shù))計(jì)算理想氣體內(nèi)能增量時(shí)，此式

(A)只適用于準(zhǔn)靜態(tài)的等體過(guò)程．

(B)只適用于一切等體過(guò)程．

(C)只適用于一切準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程．

(D)適用于一切始末態(tài)為平衡態(tài)的過(guò)程．隨堂小議3．等溫過(guò)程熱力學(xué)第一定律恒溫?zé)嵩碩12特征常量過(guò)程方程常量12等溫膨脹W12W等溫壓縮

W

W4．絕熱過(guò)程、多方過(guò)程12與外界無(wú)熱量交換的過(guò)程特征絕熱的汽缸壁和活塞熱一律一絕熱過(guò)程

系統(tǒng)對(duì)外界作功，通過(guò)系統(tǒng)的內(nèi)能的減少來(lái)完成1.絕熱過(guò)程方程12絕熱

方程常量常量常量

比熱容比

12A絕熱膨脹12A絕熱壓縮

A

A2.絕熱線和等溫線絕熱過(guò)程曲線上任意一點(diǎn)的斜率常量AC常量等溫過(guò)程曲線上任意一點(diǎn)的斜率

絕熱線的斜率大于等溫線的斜率，絕熱線比等溫線陡常量ABC常量3.絕熱過(guò)程的

E、W和Q絕熱自由過(guò)程的

E、A和Q注意p

真空

例1

設(shè)有5mol

的氫氣，最初的壓強(qiáng)為溫度為，求在下列過(guò)程中，把氫氣壓縮為原體積的1/10

需作的功:1）等溫過(guò)程，2）絕熱過(guò)程.3）經(jīng)這兩過(guò)程后，氣體的壓強(qiáng)各為多少？解

1）等溫過(guò)程2）氫氣為雙原子氣體由表查得，有12常量3）對(duì)等溫過(guò)程對(duì)絕熱過(guò)程,有12常量答案A1.如圖所示，一定量理想氣體從體積V1，膨脹到體積V2分別經(jīng)歷的過(guò)程是：A→B等壓過(guò)程，A→C等溫過(guò)程；A→D絕熱過(guò)程，其中吸熱量最多的過(guò)程

(A)是A→B.(B)是A→C.(C)是A→D.(D)既是A→B也是A→C,

兩過(guò)程吸熱一樣多。隨堂小議2.理想氣體向真空作絕熱膨脹．

(A)膨脹后，溫度不變，壓強(qiáng)減小．

(B)膨脹后，溫度降低，壓強(qiáng)減?。?/p>

(C)膨脹后，溫度升高，壓強(qiáng)減?。?/p>

(D)膨脹后，溫度不變，壓強(qiáng)不變．答案A答案B3.一定量的理想氣體，從p－V圖上初態(tài)a經(jīng)歷(1)或(2)過(guò)程到達(dá)末態(tài)b，已知a、b兩態(tài)處于同一條絕熱線上(圖中虛線是絕熱線)，則氣體在

(A)(1)過(guò)程中吸熱，

(2)過(guò)程中放熱．

(B)(1)過(guò)程中放熱，

(2)過(guò)程中吸熱．

(C)兩種過(guò)程中都吸熱．