大学物理学（第3版） 第7章 热力学.ppt

1、1、第七章热力学基础7-1内功和热量准静态过程7-2热力学第一定律7-3根据瓦斯气体的摩尔热容量7-4绝热过程7-5循环过程卡诺循环7-6热力学第二定律7-7热力学第二定律的统一意义玻耳兹曼熵7-8卡诺定理克劳狄熵，2，71内功和热量，实验， 明确了如果系统的处理状态相同的话，不管方式和具体的过程，外部和系统交换的能量是相同的。 在理想的瓦斯气体自由能、1、自由能、3、2、功、(1)热力学中，功的定义和力学一样，与物体的宏命令位移相关。 (2)工作可以改变系统的机械运动状态，也可以改变系统的热力学状态(动能)。 (3)工作是系统与外界交换能量的一种方式，是系统与外界交换能量的尺度，与变化过程密

2、切相关，因此工作是过程量。 (4)在热学意义上，工作是外界秩序动能与系统无序热运动能之间的转换。 4、3、热、()系统和外部存在温差时，系统和外部无序的热运动能量传递方式称为传热。 ()传热也是改变系统热力学状态的方式。 ()用传热方式交换的能量称为热。 交换的热量与过程密切相关，因此热量也是过程量。 热力学系统具有与外部交换能量的功、热传递，功和热是能量变化的尺度：单位：焦耳热，功转换关系为1cal4.18J，5，5，7.1.2准静态过程，*准静态过程具有理想化过程，无限相对意义，是过程进行中的任何时刻系统从一个平衡态变化到相邻平衡态所经过的时间称为系统松弛时间。 6、对于某个准静态过程，准

3、静态过程可以用状态图表示在P-V图(或P-T图、T-V图)中发现曲线。 在非准静态过程(非平衡过程)中，找不到与P-V图对应的曲线。7、1、准静态过程的工作，()设置密封瓦斯气体，使活塞从状态I变为状态II的过程是准静态过程，活塞处于某一位置时，容器内的气体压强为p，活塞面积为s，在瓦斯气体移动活塞的过程中， 如果把瓦斯气体作为活塞的元功设为dA，则为7.1.3准静态过程的功和热，8，()体积功的图：明显过程曲线的形状不同，曲线下的面积也不同，这以功为过程量为对象。 dA=Pdv在图中是小缝隙的面积，是由工艺曲线和界限线包围的面积，9、2，准静态工艺的热量，()比热，c是比热，一般比热是温度的

4、函数，但如果温度变化不大，c是常数，即，()热容量QMC，由工艺瓦斯气体的摩尔如果将Q=MC(T2-T1)设定为M=1Mmol，则将Q=MmolCCm、Cm称为摩尔热容量。10、定体过程、Cv定体摩尔热容量、等压过程、Cp定压摩尔热容量、11，7-2热力学第一定律，一般来说，系统状态变化时，功和热的交换总是在云同步进行。 一个系统从状态I (其相应的内能量为E1 )转变为状态II (其相应的内能量为E2 )，虽然从外界吸收的热量为q，但在整个过程中，系统向外办事儿的是能量守恒定律，而Q=(E2-E1) A或dq=的另一部分系统是对外的这就是热力学第一定律，7.2.1热力学第一定律，热力学第一定

5、律是包含热现象的能量转化和守恒定律。12、各物理量单位统一国际单位制。符号规定，13，7.2.2热都是在理想的瓦斯气体等值过程中的应用，1，等体过程，热都是等体过程，从外部传递到瓦斯气体的热都是用来增加瓦斯气体系统内能的，而系统不在外部工作。 系统在14、2、等压过程、等压过程整体吸收的热量，可以根据理想瓦斯气体的状态方程，将上式改写为15、3、等温过程、()特征： dT=0、dE=0热，()等温过程的功，T=C (常数)、16，另外等温过程强调了(QT=AT ) 、17、三个过程中的瓦斯气体工作、18、三个过程中的瓦斯气体吸附热、等离子过程、等压过程、等温过程，19，在瓦斯气体中，相对于任何

6、平衡过程，20，7-3瓦斯气体的摩尔热容量，7 .单位是聚焦/展开(j/) 热容量与摩尔热容量的关系为： 21，7.3.2理想瓦斯气体的摩尔热容量，1，定体摩尔热容量Cv，理想瓦斯气体： 22、关于定体过程中的系统内的增量，由于理想瓦斯气体内是温度的单一值函数，因此起始端温度是已知的，上述式可以适用于任何过程，2、对于定压摩尔热容量Cp、23、3、绝热常数、理想瓦斯气体刚性分子，可以使用：24、7-4绝热过程、7.4.1绝热过程、特征25、绝热过程中的功，从两侧求微分：热一律，dQ=dA dE=0，即有7.4.2*绝热方程式的导出，26，从以上两个公式中消去dT而得到，也称为泊松公式，(2)整

7、个过程对外全过程吸收的热.例7.11 mol的单原子理想瓦斯气体，从状态开始，首先从等体加热到压力变为1倍，之后从等压加热到体积变为1倍，最后经过绝热膨胀，将其温度降低到初期温度，图7.11所示的28，工艺整体对外进行的总工作，(3)工艺整体吸收整个过程吸收的总热量等于各过程吸收的热量之和。 因为先求出各过程的热量，所以方法在abcd的整个过程中应用热力学第一定律，工程科学经过循环也不变，在P-V图中是闭合的曲线，将a网0，循环工作的物质系统称为工作物质，简称为工程科学。 e=0，30，系统周期1次的网络工作(有学习) a网络=A1-A2，即闭合曲线包围的面积。 从热力学第一定律可以看出，每个

8、循环E=0都很干净，热机：在某种条件下将热转换为功的装置。 意味着在高温下吸收Q1，使对外功A1膨胀。在低温下从外部对系统进行功A2，压缩系统使之恢复，系统向外部放出多才多艺的热Q2。 7.5.1热机效率，31，(2)决定热机效率的因素是q与过程有关，q与过程有关，因此人们致力于寻找最佳的循环。 各循环中的A=Q1-Q2，(1)热机效率的定义：其中，a表示各循环中有用的功，Q1表示各循环中系统吸收的热。32、7.5.2制冷系数、冷冻机从低温吸入的热Q2和外部对系统进行的净功a的净比称为制冷系数。e越大，表示高温放出的热量中从低温吸收的热量的比重越大。 从外部工作的结果，工作物质在低温下膨胀吸热

9、，在高温下压缩放热。33、冰箱工作原理、压缩机、冷凝机、节流阀、冰室、34、7.5.3卡诺循环、卡诺热机的热效率，工作物质可在两个恒定热源()之间工作。 由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩、绝热压缩四个准静态过程组成。 仅等温过程吸热和散热，两根绝热线，35、36，(1)为了完成一个卡诺循环，需要高、低温两个热源，卡诺机的冷冻系数，(3)由于卡诺循环效率仅与两热源温度有关，所以提高热机效率的唯一有效方法是，提高：高温热源的温度，(4)。 (2)卡诺定理可以证明在相同的高低温热源间工作的所有热机在卡诺可逆机中效率最高，37、例7.4一卡诺冷冻机从温度10的冷冻库中吸收热量，释放到温度27的大气中，如

10、果冷冻机消耗的电力为1.5 kW，则(1)从每一分钟冷冻库中吸收的热量根据解(1)卡诺制冷系数，从冷冻库吸收的热量是(2)向室外释放的热量是38，不能制造循环动作热机，仅吸收来自单一热源的热，完全有效的7.6.1开尔文表现，(1)循环动作、单一热源、其他变量(2)说明了不可能。 第二类永动机破产，7-6热力学第二定律，热力学的一个重要特征是有方向性。 许多实验证明，用自然段满足第一定律的过程不一定能够实现。 39、两种表现的等价性用反证法证明(看教材)，两种表现的等价性表明，有关体育的不可逆性本质上是相同的，是相互关联的。 开尔文表现的本质是，工作都可以转化为热，热不能无条件地全部转化为工作。

11、说明了两种本质上不同的能量形式之间的转换具有方向性或不可逆性。 这个表现的要点：自动的，没有其他的影响。 能够自动地从低温物体向高温物体传递热量，不会产生其他影响。 或者，热量不会从低温物体自动传递到高温物体。 7.6.2克劳迪娅说，40，7.6.2自然过程的方向性，例如水只能自发地从高表兄弟流向低表兄弟，相反的过程不会自动产生，热只会自发地从高温传递到低温，相反的过程不会自动产生的气体会自发地从高压传递到低压41、简单来说，孤立系统从非平衡态向平衡态转移是自发的过程，与此相反的过程是不可逆的，除非有来自外部的帮助。42、7.6.4可逆过程和不可逆过程、可逆过程不可逆过程，不可逆过程用任何方法

12、都不能使系统和外界恢复到云同步原始状态的过程。 与自然段的所有热现象相关的过程涉及热功的转换或热传导，涉及从平衡态到非平衡态的转换，热与功之间的转换是可逆的还是可逆的，某个系统从一个状态出发，一个过程达到另一个状态，如果有另一个过程，它消除了原过程对外界的一切影响、43、()进程必须是准静态进程()过程中无耗散效应。理想的单摆、2、理想的可逆过程、内壁光滑的汽缸放入理想的气体，使其进行准静态等温膨胀、压缩，可逆过程：膨胀过程中系统从外部吸收Q1，并全部办事儿到外部，但在压缩过程中外部工作于系统，并全部转化为热量放入恒温热源例如，具有一定温度差的两个物体相互接触，简单地置于空气中的摇晃可以使两种

13、不同的气体进入一个容器中自发地混合。 (1)系统内部出现了非平衡因素：有限的压力差、密度差、温度差等，(3)实际的热力学过程是不可逆的，(2)具有耗散效应：如摩擦、粘性、非弹性、电阻等，(3)自然段的所有自发过程和非准静态过程。 45、快速微膨胀时，活塞附近的压力P/小于气缸中心的压力p，快速微压缩时，活塞附近的压力P/大于气缸中心的压力p，此时，系统在外部进行的工作，非准静态过程的膨胀和压缩只是相反过程。 显然，A2A1，也就是A1A20，必须从外面做更多的工作来还原系统。46，77热力学第二定律的统一意义玻耳兹曼熵，为什么孤立系统中的自发过程有方向性，为什么所有的实际热力学过程都是不可逆的

14、？7.7.1热力学第二定律的微观意义是：设置热力学系统，仅4个分子，分别记为a、b、c、d，首先将4个分子放置在分隔板一边的a部，引出分隔板，这些个4个分子的a、b两部分的分布情况为以下16，分子的具体指微观粒子的具体分布方式(即，必须区分a、b、c、d )。 在孤立系统中，所有的微观状态都是等概率的。 如从上面的表可见，总微观状态数是每个微观状态出现的概率，总分子数是每个微观状态出现的概率是宏命令状态，49，1，热力学概率，并对应于由上面的表给出的能够证明全部分布在区或区的宏命令状态热力学概率是最小的(是)的宏命令状态7.7.2热力学概率和玻耳兹曼熵，在理论上，随着总分子数的增加，平衡态所含

15、热力学概率急剧增加，它们在微观状态数中所占的比例也急剧增大。 由此可知，热力学概率的大小可以作为分子热运动无序度大小的尺度。 分布在平衡态时的热力学概率是最大的(是)(分子运动最无序)。 根据51、52、概率论，容器中的总分子数为n时，a侧有n个分子的热学概率，按照每个宏命令状态的概率，当分子数达到10的实数级时，平衡态含有的热力学概率占微观状态数的比例几乎达到100%。 也就是说，热力学平衡态总是与其系统的热力学概率的极大值相对应。 横轴表示容器a的一半分子数n，相当于纵轴的热力学概率出现的概率p，达到平衡态时该分布曲线具有非常尖溜溜极大值。 53，2，玻耳兹曼熵，1 )玻耳兹曼熵的确立，另