2021-2022学年高二物理竞赛课件：热力学基础

1、热力学基础6-1 热力学第零定律和第一定律6-2 热力学第一定律对于理想气体平衡过程的应用6-3 循环过程 卡诺循环6-4 热力学第二定律 6-5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理6-6 熵 玻耳兹曼关系6-7 熵增加原理 热力学第二定律的统计意义6-8 耗散结构 信息熵第六章 热力学基础 1.掌握自然界的基本规律 热力学第一定律：能量守恒 热力学第二定律：自然过程的方向 2.学习唯象的研究方法 以实验为基础的逻辑推理的研究方法学习热力学的意义6-1 热力学第零定律和第一定律一、热力学第零定律 热力学第零定律：如果系统A、B同时和系统C达到热平衡，则系统A和B也处于热平衡热平衡的传递性。达到热平

2、衡的系统具有共同的内部属性温度 热力学温标(T：K)摄氏温标(t：) t / =T /K273.15ACB 热力学系统从一个状态变化到另一个状态 ,称为热力学过程（简称“过程”）。（1）按系统与外界的关系分类: 自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。 非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变。非平衡态 到平衡态平衡态到非平衡态过程分类：（2）按过程中经历的各个状态的性质分类:二、热力学过程 准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。 非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平 衡态，整个过程就是非静态过程。（3）按过程的特征分类:等容过程： d V = 0

3、等压过程： d P = 0等温过程： d T = 0绝热过程： dQ = 0，Q = 0 循环过程： dE = 0 E终态 = E初态始平衡态 一系列非平衡态末平衡态 过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。 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衡态的过程。态组成的过程。即准静态过程是由一系列平衡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。非准静态过程准静态过程统一于“无限缓慢”矛盾平衡即不变过程即变化 只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。 如何判断“无限缓慢”？ 引入弛豫时间（relaxa

4、tion time） ：平衡破坏 恢复平衡 t过程 ： 过程就可视为准静态过程所以无限缓慢只是个相对的概念。始平衡态 一系列平衡态末平衡态气体压强的弛豫时间：气缸线度：L 10-1 m分子平均速率： 10-3 s 容器的线度分子热运动平均速率 102 m/s 内燃机活塞运动周期 t 10-2 s p（10 -3s）所以汽缸的压缩过程可认为是准静态过程。例如分析内燃机气缸内的气体经历的过程：(p2 ,V2)( p1 ,V1)(p ,V )过程曲线准静态过程可以用过程曲线来表示： VO p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三、功 热量 内能 改变系统状态(内能)的途径： 做

5、功（宏观功）和传热（微观功）。 做功外界有序能量与系统分子无序能量间的转换。 传热外界无序能量与系统分子无序能量间的转换。以热传导方式交换的能量称为热量。内能、功和热量具有相同的单位(SI)：J（焦耳） 系统状态变化时，内能将发生变化。实验证明， 对不同的状态变化过程， 只要始末态相同，内能的变化也相同， 即内能变化只与始末状态有关，与中间过程无关。(1) 功（过程量） 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 . 准静态过程功的计算注意：作功与过程有关 .宏观运动能量热运动能量三、功 热量 内能 外界对系统作功，A为负。 10 此过程所作的功反映在 P-V图 上，就是曲 线下的面积。系统对外界作功，A为正。20上图：系统对外界作了功，系统的状态变 了，内能也变了。“功”