热力学的基本规律课件

第一章热力学的基本规律1.1热力学的研究对象与研究方法

对象：宏观物体——大量微观粒子系统任务：热运动的规律

方法：实验观测逻辑演绎——无任何假设数学推导——寻找相互关系

特点：可靠性、普遍性、局限性

第一章热力学的基本规律1.1热力学的研究对象与研究11.2热平衡定律热力学系统：系统—外界无相互作用—孤立系有能量交换—闭系有能量、质量交换——开系平衡态—系统的各种宏观性质长时间保持不变弛豫、热动平衡涨落复合系统1.2热平衡定律热力学系统：平衡态—系统的各种宏观性质长2如何描述平衡态气体：V—体积—几何参量P—压强—力学参量M—质量—化学参量E，m—电磁参数—电磁参量T（P，V，M，E）关系—物态方程如何描述平衡态气体：31.3温度温度：物体接触—热平衡具有相同的冷热程度温度T气体温度计温标三相点的温度为273.16K1.3温度温度：41.4物态方程温度与其它参量的关系热力学—实验测定广延量：与质量有关V，M，

强度量：与质量无关P，T状态参量—偏微分形式

1.4物态方程温度与其它参量的关系5热力学的基本规律课件61.5功A态B态过程功过程函数1.5功A态B态7电介质与磁介质的功电介质与磁介质的功有两部分组成第一部分是激发电场的功，即在电介质中产生电荷运动的功第二部分是使介质极化的功，即拉开介质分子中的电荷，并作择优取向的功电介质与磁介质的功电介质与磁介质的功有两部分组成81.6热力学第一定律焦耳实验（1840年）绝热过程机械功或电磁功•利用外界的功Ws定义一个态函数-内能UUB-UA=Ws•系统不是绝热过程时内能与功之差为热量Q1.6热力学第一定律焦耳实验（1840年）9热容量与焓热容量与焓101.7理想气体物态方程PV=nRT•内能焦耳自由膨胀（1845年）(T/V)U=?•绝热过程时的性质•卡诺循环（1824年）1.7理想气体物态方程11焦耳定律：理想气体的内能只是温度的函数。焦耳定律：理想气体的内能只是温度的函数。12理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程13理想气体的卡诺循环理想气体的卡诺循环143—4等温压缩，4—1绝热压缩，效率只与两个热源的温度有关效率永远小于1.逆向循环可以成为致冷机3—4等温压缩，4—1绝热压缩，效率只与两个热源的温151.8热力学第二定律1824年卡诺定理所有工作于同温热源和同温冷源间的热机以可逆机的效为最大1850年克劳修斯表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1851年开尔文表述不可能从单一热源吸热使之变成有用功而不引起其它变化1.8热力学第二定律1824年卡诺定理161.9卡诺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高A为可逆机，B是任意机证明用反证法，卡诺定理不成立，必违反热力学第二定律1.9卡诺定理所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的171.10热力学温标1.10热力学温标18热力学温标的特点T称为绝对温度1848年由开尔文所创立不依赖于任何具体物质建立绝对零度的概念理想气体温标与热力学温标在水的三相点具有相同的温度热力学温标的特点T称为绝对温度191.11克劳修斯不等式1.11克劳修斯不等式201.12熵1.12熵211.13理想气体的熵1.13理想气体的熵22热力学的基本规律课件23热力学的基本规律课件241.14熵增加原理1.14熵增加原理25熵增加原理的意义孤立系的熵永不减少—熵恒增定律不可逆过程是沿着熵增大方向进行可逆过程是沿着等熵线进行熵增加原理的意义孤立系的熵永不减少—熵恒增定律26热力学的基本规律课件27熵增的实质熵增实际上是不可用能量的度量能量是守恒的其数值不变能量品质降低退化的能量有序能无序能熵增的实质熵增实际上是281.15熵增的计算热量Q从高温热源T1传到低温热源T2求熵变？热传导，不可逆过程高温传Q到中间系统（T1），可逆低温接受Q从另一系统（T2），可逆1.15熵增的计算热量Q从高温热源T1传到低温热源T2求29例：将质量相同，温度分别为T1与T2的两杯水

等压下绝热地混合，求熵变？例：将质量相同，温度分别为T1与T2的两杯水

等压下绝热地混30例：理想气体（T，VA）绝热膨胀到VB，求熵变？例：理想气体（T，VA）绝热膨胀到VB，求熵变？31熵变的讨论熵是态函数，SAB的值只与两个状态有关，与路径无关不同路径时环境的熵变将产生不同的数值，与具体的过程有关。可逆过程的特征：系统的熵变与环境的熵变之和保持不变计算系统在可逆过程中的熵变要选择相应条件下的不变状态参量，若为等温要选用温度可调的热源来保持其可逆性熵变的讨论熵是态函数，SAB的值只与两个状态有关，与路径无32同上题，但接触两个热源，先与50°C热源再与100°C热源接触，求熵变同上题，但接触两个热源，先与50°C热源再与100°C热源接331.16自由能和吉布斯函数1.16自由能和吉布斯函数34在等温等压条件下在等温等压条件下35可能变化的方向系统的约束变化方向平衡条件绝热系统Q=0S0SSmax孤立系S0SSmax

闭系T=0,V=0,F0FFmin

T=0,FWT=0,P=0,G0GGmin

可能变化的方向系统的约束变化方向36热力学教材：《热力学•统计物理》（第三版）汪志诚授课教师：黄畇授课时间：四周热力学教材：《热力学•统计物理》37参考书国内：热力学与统计物理学（马本堃）热力学与统计物理学（龚昌德）国外：HeatandThermodynamics(M.W.Zemansky)Tepmoдинамика(Базаров)参考书国内：38热力学的基本规律课件39第一章热力学的基本规律1.1热力学的研究对象与研究方法

对象：宏观物体——大量微观粒子系统任务：热运动的规律

方法：实验观测逻辑演绎——无任何假设数学推导——寻找相互关系

特点：可靠性、普遍性、局限性

第一章热力学的基本规律1.1热力学的研究对象与研究401.2热平衡定律热力学系统：系统—外界无相互作用—孤立系有能量交换—闭系有能量、质量交换——开系平衡态—系统的各种宏观性质长时间保持不变弛豫、热动平衡涨落复合系统1.2热平衡定律热力学系统：平衡态—系统的各种宏观性质长41如何描述平衡态气体：V—体积—几何参量P—压强—力学参量M—质量—化学参量E，m—电磁参数—电磁参量T（P，V，M，E）关系—物态方程如何描述平衡态气体：421.3温度温度：物体接触—热平衡具有相同的冷热程度温度T气体温度计温标三相点的温度为273.16K1.3温度温度：431.4物态方程温度与其它参量的关系热力学—实验测定广延量：与质量有关V，M，

强度量：与质量无关P，T状态参量—偏微分形式

1.4物态方程温度与其它参量的关系44热力学的基本规律课件451.5功A态B态过程功过程函数1.5功A态B态46电介质与磁介质的功电介质与磁介质的功有两部分组成第一部分是激发电场的功，即在电介质中产生电荷运动的功第二部分是使介质极化的功，即拉开介质分子中的电荷，并作择优取向的功电介质与磁介质的功电介质与磁介质的功有两部分组成471.6热力学第一定律焦耳实验（1840年）绝热过程机械功或电磁功•利用外界的功Ws定义一个态函数-内能UUB-UA=Ws•系统不是绝热过程时内能与功之差为热量Q1.6热力学第一定律焦耳实验（1840年）48热容量与焓热容量与焓491.7理想气体物态方程PV=nRT•内能焦耳自由膨胀（1845年）(T/V)U=?•绝热过程时的性质•卡诺循环（1824年）1.7理想气体物态方程50焦耳定律：理想气体的内能只是温度的函数。焦耳定律：理想气体的内能只是温度的函数。51理想气体的绝热过程理想气体的绝热过程52理想气体的卡诺循环理想气体的卡诺循环533—4等温压缩，4—1绝热压缩，效率只与两个热源的温度有关效率永远小于1.逆向循环可以成为致冷机3—4等温压缩，4—1绝热压缩，效率只与两个热源的温541.8热力学第二定律1824年卡诺定理所有工作于同温热源和同温冷源间的热机以可逆机的效为最大1850年克劳修斯表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1851年开尔文表述不可能从单一热源吸热使之变成有用功而不引起其它变化1.8热力学第二定律1824年卡诺定理551.9卡诺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高A为可逆机，B是任意机证明用反证法，卡诺定理不成立，必违反热力学第二定律1.9卡诺定理所有工作于两个一定温度之间的热机，以可逆机的561.10热力学温标1.10热力学温标57热力学温标的特点T称为绝对温度1848年由开尔文所创立不依赖于任何具体物质建立绝对零度的概念理想气体温标与热力学温标在水的三相点具有相同的温度热力学温标的特点T称为绝对温度581.11克劳修斯不等式1.11克劳修斯不等式591.12熵1.12熵601.13理想气体的熵1.13理想气体的熵61热力学的基本规律课件62热力学的基本规律课件631.14熵增加原理1.14熵增加原理64熵增加原理的意义孤立系的熵永不减少—熵恒增定律不可逆过程是沿着熵增大方向进行可逆过程是沿着等熵线进行熵增加原理的意义孤立系的熵永不减少—熵恒增定律65热力学的基本规律课件66熵增的实质熵增实际上是不可用能量的度量能量是守恒的其数值不变能量品质降低退化的能量有序能无序能熵增的实质熵增实际上是671.15熵增的计算热量Q从高温热源T1传到低温热源T2求熵变？热传导，不可逆过程高温传Q到中间系统（T1），可逆低温接受Q从另一系统（T2），可逆1.15熵增的计算热量Q从高温热源T1传到低温热源T2求68例：将质量相同，温度分别为T1与T2的两杯水

等压下绝热地混合，求熵变？例：将质量相同，温度分别为T1与T2的两杯水

等压下绝热地混69例：理想气体（T，VA）绝热膨胀到VB，求熵变？例：理想气体（T，VA）绝热膨胀到VB，求熵变？70熵变的讨论熵是态函数，SAB的值只与两个状态有关，与路径无关不同路径时环境的熵变将产生不同的数值，与具体的过程有关。可逆过程的特征：系统的熵变与环境的熵变之和保持不变计算系统在可逆过程中的熵变要选择相应条件下的不变状态参量，若为等温要选用温度可调的热源来保持其可逆性熵变的讨论熵是态函数，SAB的值只与两个状态有关，与路径无71同上题，但接触两个热源，先与50°C热源再与100°C热源接触，求熵变同上题，但接触两个热源，先与50°C热源再与100°C热源接721.16自由能和吉布斯函数