热力学统计物理 第一章ppt课件.ppt

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1、§1.6热容量与焓※本节内容提要1）介绍热容量的概念；2）引入第二个态函数焓H的概念和定义一.热容量定义：一个系统在某一过程中温度升高1K所吸收的热量，称为系统在该过程的热容量。定义式:单位：焦耳/开----K/J1.定容热容量：2.定压热容量：3.摩尔热容量C1摩尔物质的热容量C,系统的热容量与摩尔热容量的关系为：4.比热单位质量的物质在某一过程中的热容量称为物质在该过程的比热。即：5、推导等容热容量CV、等压热容量CpCV：（等容过程）∵dV=0，W=0，Q=U则：物理含义：表示体积不变的条件下，内能随温度的变化率。注：∵U是T，V的函数，所以CV也

2、是T，V的函数。Cp：（等压过程）∵外界对系统所做的功为：则有：二、焓：1、[引入]：H=U+pV2、等压过程焓的变化：H=U+pV3、焓的重要特征是：在等压过程中系统从外界吸收的热量等于态函数焓的增加值。由热力学第一定律定压过程中：则：注：1)到此为止，已经引入两个状态函数：内能U、焓H。2)H是T，p的函数:H=H(T,p)。U是T，V的函数:U=U(T,V)。§1.7理想气体内能1、自由膨胀实验（焦耳1845年）实验目的：研究气体的内能-----焦耳；实验结果：水温度不变。实验装置图：见图所示。真空膨胀：不受外界阻力W=0水温不变，无热量交换Q=

3、0推出结果：结论：气体的内能在过程前后不变。2、焦耳定律1)【内容】：气体的内能只是温度的函数，与体积无关，这个结果称为焦耳定律。自由膨胀实验装置示意图3、推导过程选T，V为状态参量，内能函数为U=U（T，V）这三个变量之间存在这一函数关系，则有：f（U,V,T）=0其中为焦耳系数，它描述在内能不变的过程中，温度随体积的变化率。已知焦耳实验得出=0则得到：注意:1)定理使用范围：理想气体,实际气体在P-0时成立。2)气体的内能只是温度的函数，与体积无关，即：U=U(T,V)=U(T)。3)实际气体的内能:U=U(T,V)。利用规律：所以：4、理想气体内能U=

4、U(T,V)代入得：对于绝热自由膨胀，U不变，焦耳由实验得：5、理想气体的相关物理量1）内能积分表达式2）焓H∵理想的焓只是温度的函数，故偏导数也可写成导数：又得到焓：3）热容量之间的关系由上推得：注意：理想气体定压热容量和定容热容量为T的函数，故也是温度的函数。当温度变化范围不大，可以把理想气体的热容量、和视为常数，故得到上述结果。§1.8理想气体绝热过程1、准静态绝热过程热I定律表达式：(1)因为：绝热过程：(2)准静态过程，外界对气体做功:(3)由焦耳定律得到内能全微分可表述为：(4)（P311.7.3公式：把(2-4)代入(1)式得到：又，理想气体物态

5、方程全微分，由公式利用得到推导出：意义：理想气体在准静态绝热过程中所经历的各个状态，其压强与体积的次方的乘积是恒定不变的。，二、绝热线∵∴故与等温线相比，绝热线的斜率更陡些。线图如下：三、T---V线，P---V线将联立分别消去P，V可得到下列两种关系式：四、实例分析某一气体的值可通过测量在该气体中声速来确定。声速公式是：其中解∵其中是介质的比体积（单位质量的体积）由得到：所以例：在下空气的声速为331m/s，空气摩尔质量所以作业布置：第二次：P661.11，1.12，1.13，1.16一、本节内容1、热机效率1）热力学知识的一个重要应用是，利用热机将Q---

6、---W驱动机械得以对外做功，提供动力。2）本节讨论热机的效率问题；介绍热力学第一定律；理想气体的性质。工作物质------------------理想气体热机作用-----------------：Q------W2、能量转化讨论理想气体准静态等温、绝热过程中的能量的转化。1）等温过程§1.9理想气体卡诺循环二.卡诺循环1.准静态等温过程由焦耳定律：2.准静态绝热过程3.卡诺循环Vpa.等温膨胀b.绝热膨胀c.等温压缩d.绝热压缩循环效率：逆卡诺热机效率：1mol理想气体、等温变化，则有：又外界做功：又根据焦耳定律：则根据第一定律有：气体在过程中从热源吸

7、收的热量Q上两式表明：在等温膨胀过程中，理想气体从热源吸收的热量，并且全部转化为对外做的功。在等温压缩过程中，外界对气体做功，通过气体转化为热量传递给热源。2）绝热过程中当理想气体在该过程中体积由外界所做的功是：上公式中右侧是理想气体在终态B和初态A的内能之差。（这可用第一定律得出）表明：在绝热压缩过程中，外界对气体做功，且这功全部转化为气体的内能，而使得气体的温度升高；在绝热膨胀过程中，外界对气体做负功，实际上是气体对外界做功，这功是由气体在过程中所减少的内能转化而来的，气体的饿内能既然减少，其温度就降低。三、卡诺循环的效率1、循环过程工作物质------

8、------理想气体1mol；工作过程