北京化工大學(xué)普通物理學(xué)

1、 熱 學(xué)1熱力學(xué)基礎(chǔ)第1章Fundamental of Thermodynamics2熱 學(xué)熱力學(xué)分子物理學(xué)以實(shí)驗(yàn)觀測(cè)為基礎(chǔ)，從能量的觀點(diǎn)出發(fā)，研究物質(zhì)的熱現(xiàn)象。從物質(zhì)是由大量微觀粒子組成及粒子做熱運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究大量微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律宏觀理論微觀理論3 教學(xué)基本要求 第七章熱力學(xué)基礎(chǔ) 一 掌握內(nèi)能、功和熱量等概念，理解準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 。 二 掌握熱力學(xué)第一定律，能分析、計(jì)算理想氣體在等體、等壓、等溫和絕熱過(guò)程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量 。 三 理解循環(huán)的意義和循環(huán)過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，會(huì)計(jì)算卡諾循環(huán)和其他簡(jiǎn)單循環(huán)的效率 。 四 了解可逆過(guò)程和不可逆過(guò)程，了解熱力學(xué)第二定律。47.1

2、 熱力學(xué)的研究對(duì)象和研究方法一.熱學(xué)的研究對(duì)象研究對(duì)象的復(fù)雜性大量微粒1023，速度102-103；線度10-10；質(zhì)量10-31kg；每秒碰撞次數(shù)109；二. 熱學(xué)的研究方法（氣體）2、能量觀點(diǎn)出發(fā)，以實(shí)驗(yàn)方法研究熱現(xiàn)象的宏觀規(guī)律（熱力學(xué)）1、應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法（大量無(wú)規(guī)律運(yùn)動(dòng)微粒的集體行為）研究其微觀本質(zhì)（氣體動(dòng)理論）物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)（固體、液體、氣體）大量微粒（原子分子）不停的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)57.2 平衡態(tài) 理想氣體狀態(tài)方程一. 系統(tǒng)和外界熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)所研究的具體對(duì)象，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。外界系統(tǒng)以外的物體系統(tǒng)系統(tǒng)的分類開(kāi)放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間，既有物質(zhì)交換，又有能量交換。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間，沒(méi)有物質(zhì)

3、交換，只有能量交換。孤立系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界之間，既無(wú)物質(zhì)交換，又無(wú)能量交換。6二.氣體的狀態(tài)參量溫度(T)體積(V)壓強(qiáng)(p)氣體分子可能到達(dá)的整個(gè)空間的體積大量分子與器壁及分子之間不斷碰撞而產(chǎn)生的宏觀效果大量分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示方法國(guó)際上規(guī)定水的三相點(diǎn)溫度為273.16 KT = t + 273.15定義:在沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)各部分的宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。三. 平衡態(tài)7說(shuō)明(1) 不受外界影響是指系統(tǒng)與外界不通過(guò)作功或傳熱的方式交換能量，但可以處于均勻的外力場(chǎng)中；如： a)兩頭處于冰水、沸水中的金屬棒b)處于重力場(chǎng)中氣體系統(tǒng)的粒子數(shù)密度隨高 度變化，但

4、它是平衡態(tài)。低溫T2高溫T1(2) 熱力學(xué)平衡態(tài)是動(dòng)的平衡，通常把這種平衡叫熱動(dòng)平衡。(3) 氣體系統(tǒng)宏觀量可用一組確定的值(p,V,T)表示(4) 平衡態(tài)是一種理想狀態(tài)是一種穩(wěn)定態(tài)，而不是平衡態(tài)；8 熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間變化的過(guò)程。熱力學(xué)過(guò)程：四. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 quasi-static process熱力學(xué)系統(tǒng)：工作物質(zhì)（氣、液、固）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程： 狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。氣體活塞砂子129五、理想氣體的狀態(tài)方程氣體的狀態(tài)方程(3) 混合理想氣體的狀態(tài)方程為其中理想氣體的狀態(tài)方程（平衡態(tài)）(1) 理想氣體的宏觀定義：在任何條件下都嚴(yán)格遵守克拉珀龍

5、方程的氣體；(2) 實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太高，溫度不太低的條件下，可當(dāng)作理想氣體處理。且溫度越高、壓強(qiáng)越低，精確度越高.說(shuō)明（克拉珀龍方程）10一柴油的汽缸容積為 0.82710-3 m3 。壓縮前汽缸的 空氣溫度為320 K， 壓強(qiáng)為8.4104 Pa ，當(dāng)活塞急速 推進(jìn)時(shí)可將空氣壓縮到原體積的 1/17 ， 使壓強(qiáng)增大 到 4.2106 Pa 。解T2 柴油的燃點(diǎn)若在這時(shí)將柴油噴入汽缸，柴油將立即燃燒，發(fā)生爆炸，推動(dòng)活塞作功，這就是柴油機(jī)點(diǎn)火的原理。例求這時(shí)空氣的溫度11功的單位：JpS膨脹 dV 0，dA 0壓縮 dV 0，dA 0系統(tǒng)體積由V1增大到V2，系統(tǒng)對(duì)外作功為: 系統(tǒng)對(duì)外作功(正

6、功)外界對(duì)系統(tǒng)作功(負(fù)功)一、 功（體積變化所做的功 ）1. 功的表示式7.3 功 熱量 內(nèi)能 熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)系統(tǒng)與外界傳遞能量的兩種方式:作功傳熱122. 功的圖示法： (1) 曲線AB下的面積即表示系統(tǒng)在AB過(guò)程中作的功。(2) 功是與過(guò)程有關(guān)的物理量。曲線AB下的面積例：13二、熱量 Heat 是傳熱過(guò)程中所傳遞能量的多少的量度；系統(tǒng)吸熱 ：系統(tǒng)放熱 ：三、內(nèi)能 Internal energy2AB1*2AB1* 實(shí)驗(yàn)證明系統(tǒng)從 A 狀態(tài)變化到 B 狀態(tài)，可以采用做功和傳熱的方法，不管經(jīng)過(guò)什么過(guò)程，只要始末狀態(tài)確定，做功和傳熱之和保持不變 .14 系統(tǒng)內(nèi)能的增量只與系統(tǒng)起始和終了狀

7、態(tài)有關(guān)，與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān) . 理想氣體內(nèi)能 : 表征系統(tǒng)狀態(tài)的單值函數(shù) ,理想氣體的內(nèi)能僅是溫度的函數(shù) .一般氣體：1外界僅對(duì)系統(tǒng)作功，無(wú)傳熱，則絕熱壁四、功與內(nèi)能的關(guān)系 2絕熱過(guò)程15說(shuō)明(1) 內(nèi)能的改變量可以用絕熱過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)所作的功來(lái)量度；(2) 此式給出過(guò)程量與狀態(tài)量的關(guān)系五、 熱量與內(nèi)能的關(guān)系外界與系統(tǒng)之間不作功，僅傳遞熱量系統(tǒng)說(shuō)明(1) 在外界不對(duì)系統(tǒng)作功時(shí)，內(nèi)能的改變量也 可以用外界對(duì)系統(tǒng)所傳遞的熱量來(lái)度量；(2) 作功和傳熱效果一樣，本質(zhì)不同16The first law of thermodynamics：系統(tǒng)在任一過(guò)程中吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能增量和系統(tǒng)對(duì)外作功之

8、和。系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對(duì)外界做功外界對(duì)系統(tǒng)做功第一定律的符號(hào)規(guī)定六、 熱力學(xué)第一定律外界與系統(tǒng)之間不僅作功，而且傳遞熱量，則有17討論微小過(guò)程1、熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒與轉(zhuǎn)換定律 。它指出 第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。物理意義 第一類永動(dòng)機(jī)：不需消耗內(nèi)能，也不需對(duì)系統(tǒng)傳熱，卻能不斷對(duì)外作功的機(jī)器。2、此定律只要求系統(tǒng)的初、末狀態(tài)是平衡態(tài)，至于過(guò)程中經(jīng)歷的各狀態(tài)則不一定是平衡態(tài)。18結(jié)論：“要科學(xué)，不要永動(dòng)機(jī)！”焦耳19 例題 一系統(tǒng)由圖所示狀態(tài)a沿acb到達(dá)狀態(tài)b，系統(tǒng)對(duì)外作功為126J，吸熱為336J。 (1) 若在adb過(guò)程中系統(tǒng)作功為42J，問(wèn)此過(guò)程中

9、系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量是多少？ (2) 若系統(tǒng)從b態(tài)出發(fā)，沿ba曲線返回a態(tài)時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功為84J。問(wèn)此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量是多少？207.4 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功和熱量的計(jì)算一.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功的計(jì)算SV1V2熱力學(xué)第一定律可表示為 OVp(功是一個(gè)過(guò)程量)1221二. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量的計(jì)算1. 熱容 熱容 比熱容 摩爾熱容注意: 熱容是過(guò)程量，式中的下標(biāo) x 表示具體的過(guò)程。222. 定體摩爾熱容CV 和定壓摩爾熱容Cp （1 摩爾物質(zhì)） (1) 定體摩爾熱容CV(2) 定壓摩爾熱容Cp 3. 熱量計(jì)算若Cx與溫度無(wú)關(guān)時(shí)，則 23Q1. 等體過(guò)程 等體摩爾熱容 特征：V= 常量

10、， dV= 0 熱力學(xué)第一定律: 過(guò)程方程：=常量 pV圖：熱容C：物質(zhì)溫度升高一度所需要吸收的熱量。 熱容 比熱容 摩爾熱容比熱容c：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)熱容量。摩爾熱容：1mol物質(zhì)的熱容量。PVVo07.6 理想氣體的等體過(guò)程和等壓過(guò)程等溫過(guò)程24 Q、E的計(jì)算：等體過(guò)程系統(tǒng)的吸熱、內(nèi)能增量和作功：?jiǎn)卧与p原子 1mol理想氣體在體積不變的狀態(tài)下，溫度升高1度所需要吸收的熱量。 定體摩爾熱容：252.等壓過(guò)程 等壓摩爾熱容PQ 特征：= 常量 ，d= 0 熱力學(xué)第一定律: 過(guò)程方程：V=常量 pV圖: 定壓摩爾熱容： 1mol理想氣體在壓強(qiáng)不變的狀態(tài)下，溫度升高一度所需要吸收的熱量。PVV1V2Po026邁耶公式：比熱容比：?jiǎn)卧託怏w：雙原子氣體： 27在常溫常壓下氣體的摩爾熱容的實(shí)驗(yàn)值單原子雙原子多原子氣 體氦氬氫氮氧水蒸汽二氧化碳28等壓過(guò)程系統(tǒng)的吸熱、內(nèi)能增量和作功： Q、A、E的計(jì)算：293.等溫過(guò)程 特征：=常量 ，d=0 熱力學(xué)第一定律: 過(guò)程方程