4.1热一律大学物理

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1、第四章热力学基础4.1准静态过程功热量4.2热力学第一定律4.3理想气体的三个等值过程和绝热过程4.4循环过程卡诺循环4.5热力学第二定律4.6熵熵增加原理4.1准静态过程功热量4.1.1准静态过程和过程曲线4.1.2体积功4.1.3热量4.1.1准静态过程和过程曲线一、热力学过程热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一个状态。平衡态(Equilibriumstate)：系统的宏观性质不随时间改变的状态称平衡态，可以用状态参量描述。例：一容器被隔板分割成两半，一半充气，另一半抽成真

2、空。突然抽去隔板，气体便涌向真空一边。经历一个短暂的不平衡过程后，最后又回到平衡态。平衡态非平衡态真空驰豫时间：从非平衡态到平衡态所经历的时间。在此例中，即使是这样大的变化，驰豫时间也只有10-3s。此热力学过程为一非准静态过程，其中间状态都是非平衡态，这时系统没有统一的参量，所以不能用状态参量来描述。这就不便于研究热力学过程的规律。平衡态二、准静态过程准静态过程：如果实际过程无限缓慢进行时，若系统被实验查知的微小变化所用的时间t驰豫时间，系统就有充分时间达到平衡，即过程中每一中间状态都

3、无限接近平衡态，此过程为准静态过程。系统状态的改变可通过非准静态过程和准静态过程来实现，例如：系统（T1）从外界（T2）吸热温度升至T2方法1：让系统直接与温度为T2的热源接触，进行非等温热传导，系统较快经非平衡态到达最终的温度为T2平衡态。此过程为非准静态过程。系统T1T2T1+△TT1+2△TT1+3△T方法2：让系统分别与无数温度位于T1与T2之间并相差一无限小量△T的热库接触，使热库温度总比系统高一无限小量△T，这样可使系统温度缓慢从T1升至T2，每一小步的热传导可看作等温热传导，系统每

4、时每刻处于平衡态，此过程为准静态过程。三、准静态过程的描述因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准静态过程可以用系统的状态图（p-V图、p-T图、V-T图）中一条过程曲线表示。VP0等温过程等容过程等压过程循环过程注意非准静态过程不能用状态图上的曲线表示(a)(c)PV三种等值过程在状态图中的过程曲线pV0等压等容等温Tp0等压等容等温TV0等压等容等温改变系统状态的方法：作功传热做功是热力学系统与外界交换能量的一种方式，系统与外界交换能量的过程就是系统状态发生变化的过程。4.1.2体积

5、功气体从体积V1变化到体积V2，系统对外界所做的总功为：1.准静态过程中的体积功如图所示，气缸中的气体作准静态膨胀，活塞面积为S，则气体对活塞的压力为。气体推动活塞向外移动的过程中对外界所做的微功为：uS设A表示系统对外界的功，系统体积增大，系统对外界作正功。系统体积减小，系统对外界作负功。此体积功公式适用于无摩擦准静态过程的任何系统。如果知道系统中压强随体积变化的具体关系式，根据积分的意义，可通过在p-V状态图上求此过程曲线下的面积就可求出功的大小。注意这里压强随体积变化的关系式（过程方程）并

6、不是系统的状态方程。只是在某些特殊情况下，过程方程可通过状态方程求得，如等温过程。注意2.体积功的图示法求解功的量值等于p-V图中，过程曲线下面的面积。总功：元功：Vp0V1V2VV+dVA3pV(p1,V1)(p2,V2)OA2Vp(p1,V1)(p2,V2)OA1Vp(p1,V1)(p2,V2)O联系相同两状态的不同过程曲线与V-轴围成的面积:功是过程量解：(1)等压过程(2)等温过程例：摩尔理想气体准静态膨胀，初态体积为V1，温度为T1，系统从初态分别按等温、等压两种方式膨胀到体积V2，

7、求：等温、等压两种过程中系统对外界的功，并比较它们的大小。pVV1V2等压等温OABT1T2≠ABT1T2=传热也是热力学系统与外界交换能量的一种方式,当两个温度不同的物体接触时,就有热量从高温物体传向低温物体.热传递过程中并不发生宏观位移。1.传热4.1.3热量（Heat）ABT1T2≠ABT1T2=传热的微观本质：由于温度与分子热运动的平均动能成正比，当温度不同的物体相接触时，通过分子间的相互作用（碰撞），平均动能大的分子会把无规则运动能量传给平均动能小的分子，最后所有分子的平均动能将趋向一

8、致。这就实现了热量由高温物体向低温物体的传递。热传递实际上是热运动的传递。整个过程传递的总热量：积分与过程有关，热量是过程量2.热量热量Q：传热过程中所传递能量的多少。一个无穷小的过程中所传递的热量：表示系统从外界吸热；表示系统向外界放热。3.热量的单位在SI制中：焦耳(J)注意:热量与温度的区别，T越高热量越大,此说法对吗?4.2热力学第一定律4.2.1内能能量守恒和转换定律4.1.2热力学第一定律4.2.1内能能量守恒和转换定律自然界中一切物体都具有能量，能量有各种不同形式，它能从一