公共基础第35讲讲义

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1、第二节热力学基础热力学研究的对象是热力学系统，即由人量分子组成的集体（含气体、液体、固体,但不考虑微观结构）。木节的研究对象主要是理想气体。热力学的研究方法是在实验的基础上,从能量观点分析研究在状态变化过程屮有关热、功转换的关系和条件。热力学的核心是热力学第一定律和第二定律。热力学第一定律是本节的巫点内容，它说明热、功转换时的数量关系，实质上绘一条包括机械运动和热运动在内的能量守恒和转换定律。它说明在任何热、功转换过程屮，能量必须导恒。但是，在自然界屮并非所冇能量守恒的过程都能实现。阐明哪些过程能

2、实现，哪些过程不能实现的理论就是热力学第二定律，它主要讨论热、功Z间转换的方向和条件。本节首先讨论内能变化的两种度量一一热量和功，指出其等效的-idle然后,着重研究热力学第一定律及其在理想气体各等值过程（等容、等圧、等温）和绝热过程以及循坏过程中的应用。最后，通过热机效率的研究引述热力学第二定律。It!于热力学的发展是和热机的发展和应用紧密相关的，所以，在这里讨论热力学理论时也总是与热机联系在一起。一、基本内容（一）功、热量、内能1、内能和内能变化内能：热力学系统在一定的状态下具有的与热现象相关

3、的那部分能量（不包括宏观的机械能），称为热力学系统的内能，用E表示。mis理想气体的内能:RTM2内能绘状态量，只是系统状态的单值函数。实验证明：内能的改变量只决定丁系统的初、末状态,与系统经丿力的过程无关。理想气体的内能只是温度的单值函数，当系统从状态温度几变化到状态温度L时，其内能的增量为miAE=-£.=—-R（T°_TJ（2-2-1）「1M2-12、功和热量作功和热传递都可以引起系统的状态的变化，R功热可转换，1卡（cal）=4.186焦耳（j）,在国际单位制中热最和功均用焦耳作单位。热量

4、和功都是过程量，是系统内能变化的量度。功和热量的区别：作功是通过物体的宏观位移(有序运动)完成，而传递热量是通过分子杂乱无章的运动和碰撞实现的；功可以全部转化为热量，但热不能通过一个循环金部变为功。(%1)热力学笫一定律1、热力学第一定律数学表达式(1)对有限过程2=(£2-£))+A(2-2-2)式中Q为系统吸收的热量；(E2-E!)为系统从平衡态T->TT的内能増量；A为系统对外界所做的功。(2)对微小变化过程clQ二dE+dA(2-2-3)注意：1)以上两式对气休、液体、固体均适用。本节主要

5、研究对理想气体的应用。2)使用上述公式时，各量的单位要统一，国际单位制中，三个量的单位都是焦耳(J)o3)各量符号的规定：系统对外作功，A为止值；外界对系统作功，A为负值；系统内能增加AE为正值，反之为负值；2、平衡过程屮功、内能增量、热量的计算(1)内能增量的计算理想气体内能增量E=E.-E}=--RAT(2)气体压力所做的功力=JpdV(2-2-4)平衡过程在P-V图上可用一条曲线(或直线)表示，称为过程曲线。功A的量值等于过程曲线下所包围的而积。如图2-1-1所示。图2-1-1显然，功不仅

6、与始末状态有关，还与过程有关，是过程量。(1)热量的计算由热力学第一定律，对有限过程有Q=(E2—E])+pdV(2-2-5)可见，热量也是过程量。(%1)热力胖第一定律对理想气体等值过程和绝热过程中的应用1.筹容过程少定容爍尔热容量特征：V=const.dV=O参量关系：左=常量T等容过程的功：A=0热力学第一定律形式：微小过程(dQ)y=dE有限过程：Qv=E2~E}=—-/?ATM2或

7、定律可知等容过程吸热全部转换为系统内能的增量。1.等压过程与定压摩尔热容量特点：P=const,dp=O参量关系：工=常量T也肌等压过程的功：［pdV=p(V2-％)=扬■尺⑺-G热力学第一定律形式：Gp=AE+『pdV其中A£=—Cv(T9-T,)M则得0,=^Cv(T2_G+护S-T)吩Cp'T式中G称为定压摩尔热容量，且CP=(^-)P=CV+R(2-2-7)卩dT卩'引入r=^JL=Lll(2-2-8)Cv27称为比热容比。2.等温过程特点：T=const.刃'=0fdE=O参量关系：PV

8、二常量等温过程的功：A叮诃唏叫贪即Tin話热力学第一定律形式：Qt=^E+A=-RT^=—RT-^MV}MP2由热力学第一定律可知等温过程系统吸热全部用来对外做功。3.绝热过程特征：dQ二0参量关系：由理想气体状态方程和热力学第一定律可以导出：pV7=恒量1Vz_lT=1fifi2(2-2-9)pz-,T-z=恒量3热力学第一定律形式：OME+AME+•绝热过程中的功：A=-AE=-—CV(T.-T,)M或者由pV^=c(恒量)，则有A=P—dV人Vz可得：心竺二理1(2-