大学物理 热力学基础

《大学物理 热力学基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第十五章热力学基础1§15.1热力学第一定律（Firstlawofthermodynamics)热力学是用能量的观点,从宏观上研究物质状态变化时,热量（Q）,功（A）及内能（E）变化规律的学科.一、准静态过程（quasi-staticprocess）系统与外界有能量交换时，其状态会发生变化。系统从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程。2气体活塞砂子12过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。3初平衡态一系列非平衡态末平衡态热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。准静态过程：系统的每一状态都无限接近于平

2、衡态的过程。即准静态过程是由一系列平衡态组成的过程。4←快非平衡态←缓慢接近平衡态准静态过程是一个理想化的过程，是实际过程的近似只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。非准静态过程准静态过程52(p2,V2)1(p1,V1)(p,V)过程曲线准静态过程可以用过程曲线来表示：VOp改变系统状态的方法：1.作功2.传热一个点代表一个平衡态6二、功热量内能功是过程量摩擦升温（机械功）、电加热（电功）加热搅拌作功做功可以改变系统的状态：功---是能量传递和转换的量度。它引起系统热运动状态的变化。7热量（过程量）通过传热方

3、式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同.1卡=4.18J，1J=0.24卡功与热量的异同8系统的内能是状态量（如同P、V、T等量）这种取决于系统状态的能量称为热力学系统的内能。内能（状态量）对于一定质量的气体:内能一般有E=E（T，V）或E=E（T，P）对于一定质量的理想气体：E=E(T)对于刚性理想气体公式：（只是温度的单值函数）(:摩尔数i:自由度3、5、6)三、热力

4、学第一定律(Thefirstlawofthermodynamics)系统从外界吸收的热量，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界作功。------热力学第一定律设某一过程，系统从外界吸热Q，对外界做功A，系统内能从初始态E1变为E2，则数学表达式：对于任一元过程热力学第一定律是反映热现象中:能量转化与守恒的定律。+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定11热力学第一定律另一叙述：第一类永动机是不可能制成的。热力学第一定律适用于任何系统(气液固……)的任何过程(非准静态过程也适用

5、)。功、热量是过程量：只表示微量，不是数学上的全微分；E是状态函数，dE是微分。12第一类永动机：E2-E1=0（循环）Q=0（外界不供给能量）W>0(对外界作功)13直接由定义计算法（忽略磨擦）气体对外界作功：四、准静态过程中功的计算dls14若A>0系统对外界作功若A<0外界对系统作功注意：作功与过程有关.15例.摩尔理想气体从状态1状态2，设温度不变过程。求气体对外所作的功是多少？【解】123体积功的几何意义是什么？132的功是不是此值？16§15.2热力学第一定律对定值过程的应用一、等体（容）过程由热一律：得：说

6、明：吸热内能增加；放热内能减少。17二、等压过程由热力学第一律：对有限等压过程：或：18三、等温过程由热力学第一律：对有限等温过程：19四、热容设质量为M的物质，温度由T变化到T+ΔT所吸收的热量为：式中c是物质的比热，表示单位质量的物体在温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。Mc是物质的热容，用大写的C来表示，其定义式为：物体的热容一般与温度有关，也与过程有关。201mol物质的热容称µc为摩尔热容：一摩尔物质(温度T时)温度升高（或降低）1K所吸收（或放出）的热量。同种物质在不同的热力学过程中有不同的量值，最常

7、用的是等体过程和等压过程中的热容.定体摩尔热容设1摩尔物质(温度T时)温度升高dT所吸收的热量为dQ，则21理想气体的定体摩尔热容：对一元过程所以：有：22定压摩尔热容对于理想气体定压过程再由理想气体状态方程有PdV=RdT…（迈耶公式）对一元过程23注意：对于理想气体,公式dE=CVdT不仅适用于定体过程，而且适用于其他过程。【证明】如图，红线为一任意过程曲线，总能作一个“定体+等温”辅助过程来连接始末两点，就有任意定体等温24泊松比(比热比)(poisson’sratio)：(也称为比热比)或对单原子分子,ｉ=3,=1

8、.67对刚性双原子分子,ｉ=5,=1.40对刚性多原子分子,ｉ=6,=1.33的理论值：热容量是可以实验测量的。例题15.1P259页25在解决实际问题时，注意应用下列四个公式：（1）热力学第一定律；（2）内能公式（对理想气体）；（3）状态方程（对理想气体）；（4）过程方程。一个实际过程