2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：熱力學(xué)基礎(chǔ)

1、熱力學(xué)基礎(chǔ)6-1 熱力學(xué)第零定律和第一定律6-2 熱力學(xué)第一定律對于理想氣體平衡過程的應(yīng)用6-3 循環(huán)過程 卡諾循環(huán)6-4 熱力學(xué)第二定律 6-5 可逆過程與不可逆過程 卡諾定理6-6 熵 玻耳茲曼關(guān)系6-7 熵增加原理 熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義6-8 耗散結(jié)構(gòu) 信息熵第六章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 1.掌握自然界的基本規(guī)律 熱力學(xué)第一定律：能量守恒 熱力學(xué)第二定律：自然過程的方向 2.學(xué)習(xí)唯象的研究方法 以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的邏輯推理的研究方法學(xué)習(xí)熱力學(xué)的意義6-1 熱力學(xué)第零定律和第一定律一、熱力學(xué)第零定律 熱力學(xué)第零定律：如果系統(tǒng)A、B同時(shí)和系統(tǒng)C達(dá)到熱平衡，則系統(tǒng)A和B也處于熱平衡熱平衡的傳遞性。達(dá)到熱平

2、衡的系統(tǒng)具有共同的內(nèi)部屬性溫度 熱力學(xué)溫標(biāo)(T：K)攝氏溫標(biāo)(t：) t / =T /K273.15ACB 熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài) ,稱為熱力學(xué)過程（簡稱“過程”）。（1）按系統(tǒng)與外界的關(guān)系分類: 自發(fā)過程：無外界幫助，系統(tǒng)的狀態(tài)改變。 非自發(fā)過程：有外界幫助，系統(tǒng)的狀態(tài)改變。非平衡態(tài) 到平衡態(tài)平衡態(tài)到非平衡態(tài)過程分類：（2）按過程中經(jīng)歷的各個(gè)狀態(tài)的性質(zhì)分類:二、熱力學(xué)過程 準(zhǔn)靜態(tài)過程（平衡過程）：初態(tài)、每個(gè)中間態(tài)、終態(tài) 都可近似地看成是平衡態(tài)的過程。 非靜態(tài)過程（非平衡過程）：只要有一個(gè)狀態(tài)不是平 衡態(tài)，整個(gè)過程就是非靜態(tài)過程。（3）按過程的特征分類:等容過程： d V = 0

3、等壓過程： d P = 0等溫過程： d T = 0絕熱過程： dQ = 0，Q = 0 循環(huán)過程： dE = 0 E終態(tài) = E初態(tài)始平衡態(tài) 一系列非平衡態(tài)末平衡態(tài) 過程進(jìn)行的任一時(shí)刻系統(tǒng)的狀態(tài)并非平衡態(tài)。 熱力學(xué)中，為能利用平衡態(tài)的性質(zhì)，引入準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念。準(zhǔn)靜態(tài)過程：系統(tǒng)的每一狀態(tài)都無限接近于平衡態(tài)的過程。態(tài)組成的過程。即準(zhǔn)靜態(tài)過程是由一系列平衡快非平衡態(tài)緩慢接近平衡態(tài) 準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個(gè)理想化的過程，是實(shí)際過程的近似。非準(zhǔn)靜態(tài)過程準(zhǔn)靜態(tài)過程統(tǒng)一于“無限緩慢”矛盾平衡即不變過程即變化 只有過程進(jìn)行得無限緩慢，每個(gè)中間態(tài)才可看作是平衡態(tài)。 如何判斷“無限緩慢”？ 引入弛豫時(shí)間（relaxa

4、tion time） ：平衡破壞 恢復(fù)平衡 t過程 ： 過程就可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程所以無限緩慢只是個(gè)相對的概念。始平衡態(tài) 一系列平衡態(tài)末平衡態(tài)氣體壓強(qiáng)的弛豫時(shí)間：氣缸線度：L 10-1 m分子平均速率： 10-3 s 容器的線度分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率 102 m/s 內(nèi)燃機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)周期 t 10-2 s p（10 -3s）所以汽缸的壓縮過程可認(rèn)為是準(zhǔn)靜態(tài)過程。例如分析內(nèi)燃機(jī)氣缸內(nèi)的氣體經(jīng)歷的過程：(p2 ,V2)( p1 ,V1)(p ,V )過程曲線準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用過程曲線來表示： VO p改變系統(tǒng)狀態(tài)的方法：1.作功 2.傳熱一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)三、功 熱量 內(nèi)能 改變系統(tǒng)狀態(tài)(內(nèi)能)的途徑： 做

5、功（宏觀功）和傳熱（微觀功）。 做功外界有序能量與系統(tǒng)分子無序能量間的轉(zhuǎn)換。 傳熱外界無序能量與系統(tǒng)分子無序能量間的轉(zhuǎn)換。以熱傳導(dǎo)方式交換的能量稱為熱量。內(nèi)能、功和熱量具有相同的單位(SI)：J（焦耳） 系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)，內(nèi)能將發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)證明， 對不同的狀態(tài)變化過程， 只要始末態(tài)相同，內(nèi)能的變化也相同， 即內(nèi)能變化只與始末狀態(tài)有關(guān)，與中間過程無關(guān)。(1) 功（過程量） 功是能量傳遞和轉(zhuǎn)換的量度，它引起系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng) 狀態(tài)的變化 . 準(zhǔn)靜態(tài)過程功的計(jì)算注意：作功與過程有關(guān) .宏觀運(yùn)動(dòng)能量熱運(yùn)動(dòng)能量三、功 熱量 內(nèi)能 外界對系統(tǒng)作功，A為負(fù)。 10 此過程所作的功反映在 P-V圖 上，就是曲 線下的面積。系統(tǒng)對外界作功，A為正。20上圖：系統(tǒng)對外界作了功，系統(tǒng)的狀態(tài)變 了，內(nèi)能也變了。“功”