大学物理学-热力学基础教案.doc

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1、授课章节第8章热力学基础教学目的掌握热力学第一定律意义，理想气体各过程的能、功和热量的分析计算．掌握循环过程的特征，并能计算热循环、致冷循环的效率和致冷系数．掌握热力学第二定律及意义，理解实际的宏观过程的不可逆性的意义．理解克劳修斯熵、熵增加原理，能进行熵变计算．了解玻耳兹曼关于熵与热力学概率的关系式。教学重点、难点热力学第一定律及热力学第二定律、熵、熵增加原理教学内容备注§8.1内能功和热量准静态过程一、内能功和热量理想气体的内能为气体内能是温度T和气体体积V的单值函数E＝E(T，V)．理想气体的内能仅是温度的单值函数，即E＝

2、E(T)改变内能的方式有作功和传递热量。单位，焦耳J．或卡(cal)热功当量1cal＝4.18J二、准静态过程1．准静态过程热力学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，简称过程．通常分为准静态过程和非静态过程．热力学系统从某一平衡态开始，经过一系列变化后到达另一平衡态．如果这过程中所有中间状态全都可以近似地看作平衡态，则这样的过程叫做准静态过程(或叫平衡过程)．2.准静态过程曲线p-V图上一个点代表一个平衡态，一条连续曲线代表一个准静态过程。曲线的方程叫过程方程。准静态过程三、准静态过程的功与热量1.体积功的计算准

3、静态过程中，功可定量计算．当气体作微小膨胀时，系统对外界作的元功，若系统从初态Ⅰ经过一个准静态过程变化到终态Ⅱ，则系统对外界作的总功为。系统膨胀时，系统对外界作正功；系统压缩时，系统对外作负功或外界对系统作正功．2.体积功的图示系统在一个准静态过程中作的体积功，在-图上，为曲线下的面积。3.热量计算有两种方法(1)热容量法，=，式中为物质在某过程中的摩尔热容量。(2)通过热力学第一定律计算过程中的热量。§8.2热力学第一定律一、热力学第一定律根据能量转化和守恒定律，在系统状态变化时，Q＝DE+W如果系统经历一微小变化，则dQ=d

4、E+dW上面两式对准静态过程普遍成立，对非静态过程，则仅当初态和末态为平衡态时才适用．规定：系统从外界吸热时，Q为正，向外界放热时，Q为负；系统对外作功时，W为正，外界对系统做功时，W为负。对准静态过程：=+=+第一类永动机违反热力学第一定律。二、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用1.等容过程=恒量，=．dW＝pdV＝0．则(dQ)V=dEQV=E2-E12.等压过程p＝恒量，dp＝0．系统对外作功为Wp==(-)或Wp=。整个等压过程中系统所吸收的热量为=+(-)=-+。3.等温过程T＝恒量，dT＝0．＝由热力学第一定律

5、得＝＝，理想气体在等温过程中由体积膨胀到时，＝＝＝。由热力学第一定律，可得WT，即＝WT＝＝。§8.3气体的摩尔热容量一、热容量与摩尔热容量热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量(C)．即C＝热容量与比热容的关系为＝．摩尔热容量：一摩尔物质的热容量叫摩尔热容量(Cm)，单位为J·mol－1·K－1.热容量与摩尔热容量关系为C＝Cm对于给定的系统，摩尔热容量和热容量都是过程量。二、理想气体的摩尔热容量1.定容摩尔热容量1气体＝＝＝理想气体定体摩尔热容量为＝。对于单原子理想气体，＝，＝

6、；对于刚性双原子气体＝，＝；对于刚性多原子气体＝6，＝3．理想气体内能表达式又可以写为＝。2.定压摩尔热容量1气体在等压过程中吸取热量与温度的变化之比叫气体定压摩尔热容量，即＝，定压过程＝+。热力学中内能公式的普遍性和实验条件因＝，及＝,所以＝+＝+迈耶(Mayer)公式表示一摩尔理想气体的定压摩尔热容量比定体摩尔热容量大一个恒量。在等压过程中，温度升高1K时，1理想气体比在等体过程中多吸取8.31J的热量，用来转换为膨胀时对外作的功．3.比热容比系统的定压摩尔热容与定体摩尔热容量的比值，称为系统的比热容比，即＝由于＞，所以＞1

7、．对于理想气体，＝＝＝对于单原子气体＝＝1.67；双原子(刚性)气体＝＝1.40；多原子(刚性)气体的＝＝1.33.§8.4绝热过程一、绝热过程特点：＝＝-＝-（-）对于理想气体的绝热准静态过程，在，，三个参量中，每两个量之间的关系为＝恒量绝热方程只适用于准静态过程的条件＝恒量＝恒量这些方程均称为绝热过程方程，简称绝热方程．通过同一点的绝热线比等温线陡些．等温线斜率为：＝-A处的斜率：＝-绝热线斜率为：＝-A处的斜率为：＝-由于＞1，所以绝热线比等温线陡．物理原因，等温过程中压强的减小，仅是体积增大所至，而在绝热过程中压强的减小

8、，是由体积增大，同时温度降低两个原因所至，所以的值比的值为大．*二、绝热方程的推导绝热过程=，可得＝-将理想气体状态方程＝两边取微分+＝将上述两个方程联立并消去，得注意准静态过程的条件(+)＝-CVVdp因Cp＝+,＝，则有+＝0将上式两边积分，得+＝恒量或＝恒