第一章热力学的基本规律(复习)

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1、第一章热力学的基本规律（复习）一、内容概述（一）、知识结构热力学的基本规律两种典型表述卡诺定理克劳修斯等式与不等式热力学第二定律-热力学第二定律的普遍表述炳的定义和热力学基木微分方程嫡的性质和物理意义久商变的计算（二）、基本概念热力学系统及其分类（孤立系、闭系、开系）、热力学平衡状态、物态方程、内能、焙、爛、自由能、吉布斯函数、可逆过程与不可逆过程。（三）、基本规律和公式1、与物态方程有关的三个物理量定压体胀系数°=丄APjVdTP定容压强系数"占疇儿>三者联系为a=K邛P等温压缩系数kT=--AT‘V3T’2、热力学第一定律有限过程匕_匕=Q+W条件：闭系<无穷小过程〃（/=竝-工YjdY

2、j只有体积变化功c!U=dQ-PdV意义：①说明了做功和热传递是改变物体能量及其量度的两种等效的方式；②揭示了能的转化及其守恒规律♦热力学第一定律在理想气体的应用理想气体的内能只是温度T的函数（焦耳实验证实），即U=U（T）,且其状态方程为pV=nRT,由此得到：①内能：dU=CvdT,U=CvdT+Uo②焙：dH=CdTH=CdT+Ho③热容量差：Cp-Cv=nR④过程方程：pV—常量，卩㈠二常量，p，吓=常量其中Z=0,1,舛rioo分别对应理想气体的等压、等温、绝热和等容过程；⑤多方过程中热容量；C=（Z-/）CV/（Z-1）⑥理想气体卡诺正循环效率〃和负循环的致冷系数WT,-T

3、,3、热力学第二定律⑴热力学第二定律两种标准的表述：①克劳修斯叙述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。②开尔文叙述：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其它变化，（或说为：第二类永动机不可能造成。）克劳修斯叙述揭示了热传导的不可逆性，而开尔文叙述揭示了功热转换的不可逆性。这两种叙述在正的绝对温度区间是等效的。⑵卡诺定理定理：所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的效率为最大。推论：所有工作于两个一定温度Z间的可逆热机，其效率都相等。由卡诺定理及其、推论，应有：工作于温度为7；（>7；）和7；之间的热机，其效率〃满足_匹=1一么「一三可逆机取等号，不可逆机取小

4、于号。口上述结论与工作物质无关。4、克劳修斯等式和不等式f^<0,式中等号适用于可逆循环过程，不等号适用于不可逆循环过程&是系统从温为T的热源吸收的热量。5、炳的定义：Sr-Sa=［字，积分沿由A态到B态的任意可逆过程进行。无穷小可逆过程dS-哩T6、热力学第二定律的普通表述Sb—S,>「些或dsn丝B4J/t7T7、热力学基本微分方程闭系dU=TdS+Dcfyj1只有体积变化功clU=TdS-PdV8、自由能定义F=U—TS；吉布斯函数定义G=U—TS+PV（四）、惦的性质和物理意义♦爛函数的性质有四个：1、爛是系统的状态函数。系统的平衡态确定后，爛就完全单值地确定了：只要初、终状态确定

5、了，不管其间的过程是否可逆都有相同的炳变；系统经历循环过程（不论可逆与否）回到初态，其爛变恒为零。2、嫡是广延量，具有可加性。如果一个热力学系统由几个部分组成，整个系统的爛为各部分爛的和。3、对于绝热过程利用爛的变化可以判断该过程是否可逆。如果系统经绝热过程后爛不变。该过程是可逆的；如果系统经绝热过程后爛增加，该过程是不可逆的。对于不可逆绝热过程，利用嫡的变化可以判断该过程进行的方向和限度。不可逆绝热过程。总是朝着嫡增加的方向进行；嫡达到最大值时，系统达到平衡态。4、在不绝热的过程中，如果系统吸热，则爛增加；如果系统放热，则爛减少。♦爛函数的物理意义：1、在宏观上，爛函数的数值表征孤立系统接

6、近平衡态的程度。2、在微观上，嬌是系统中微观粒子无规则运动的混乱程度量度。（五）、对爛增加原理的两点说明1、孤立系统内任何白发过程，导致整个系统的爛值增加，但系统内每一部分的爛值不一定都增加。例如，一铜棒两端分别与温度为T］的高温热源、温度为T2的低温热源相连，热量通过铜棒传递，将这三者组成孤立系统。稳定时，棒上各处的温度虽然不同，但不随时间改变。孤立系统内，高温热源放热Q,其嫡变妙一等铜棒的状态不变，其燜变AS2=0；低温热源吸热Q,其爛变△S3-。整个系统爛变AS=2（丄-丄）〉0o结果表明，整个系统内自发进行的有限温差的热传导过程是不可逆过程，故爛增加，但高温热源的嫡却减少了。2、不可

7、逆过程中的爛变dS,根据克劳修斯不等式，得〃S〉字，此幡变由两部分组成dS=cleS'"iS其中第一项是由于系统从外界吸收热量临所引起的嬌变，称为爛流。它可为正、零或负，取决于系统是吸热、绝热或放热，其关系式为d°S=堂。第二项是由于不可逆过程T屮的不可逆因素所引起的爛变，称为爛产生。不可逆因素是指过程非静态地进行；存在各种耗散效应（如摩擦等）。任一个不可逆因素，都将引起系统的爛产生。慵产生总是正的，％s〉o