热力学统计物理 第一章 热力学的基本规律.ppt

1、1、热系统，第一章，热力学基本定律，2，热系统，1. 1热力学系统的平衡态及其描述，定义：热力学研究对象宏命令物质系统分类：孤立系统：与外界没有任何交互作用的系统闭锁系统：与外界有能量交换但没有物质交换的系统开放系统一， 热力学系统(简称系统)，3，热系统，2，平衡态，孤立系统：外界对系统既不工作也不传热，定义：热力学系统不受外界条件的影响，经过一盏茶的时间后，系统的宏观性质呈不随时间变化的状态，系统有从初始状态达到平衡状态的经验，如粒子数， 说明：平衡态中的多数分子仍有热运动，而且由于碰撞，虽然各分子的速度经常变化，但系统的宏命令量不随时间变化。 平衡态是热平衡，5，热系统，1 )理想化实际

2、上没有绝对孤立系统；有微小波动2 )动态平衡。 (1)单一性(无处不在)，2 )物态的稳定性与时间无关，3 )自发过程的终点，4 )热平衡(与力平衡不同)，6、热系统，3、状态残奥仪表，定义：当系统位于平衡态时，可表现、描述系统状态的变量，几何残奥仪表：体积，电磁表示电极化强度系统宏观性质的物理量，例如系统的体积v、压力p、温度t等，能够直接测定的是分为宽延迟量和强度量的宽延迟量而具有累积性，例如没有质量m、体积v、内e等强度量的累积性，是描绘压力p、温度t等单一微观粒子的运动状态的物理量， 一般只能间接测定的瓦斯气体的物质状态残奥仪表及其单位(宏命令量)，标准空气压力：纬度海面，时的大气压强

3、，3温度：瓦斯气体冷热程度的尺度(热学描述)，单位： (开尔文)，9，热系统，一、热力学第零外部的影响，a和b同时与c处于热平衡， 即使a和b不接触也处于热平衡状态，指出该法则称为热力学第零法则(热平衡法则)、1.2热平衡法则和温度、10、热系统、11、热，第零法则不仅表示温度的概念，而且两系统以在热平衡中判别有木有的方法测定温度是否相同。、系统c (温度修正)、系统a、系统b、热平衡？热接触、热接触、12、热系统、二、温度坐标、定义：温度的数值表示法称为温度坐标，选择测温物质和测温残奥仪表(属性)，选择固定点，规定计算出的即温度引起的测温残奥仪表的变化关系，定义用液体摄氏温度测定的气温100

4、度(3)测温属性的温度引起的变化关系1经验温度指标：将经验上某物质属性的温度变化以经验方程计算为化学基的总称经验温度指标，13、热系统、V0不变，Ptr是该气体温度校正的水在三相点温度下的压力，理想瓦斯气体状态方程中的体积(压力)变化时的压力(体积)与温度成比例关系所决定的温度，理想瓦斯气体温度校正， 将由定容瓦斯气体温度校正、14、热系统、瓦斯气体温度校正决定的温度称为理想瓦斯气体温度校正，不依赖于哪个瓦斯气体的个性，Ptr越低，定压瓦斯气体温度校正：15、热系统、3、热力学温度校正是不依赖于测温物质及其物理属性的温度校正，单位： K (Kelvin )是T3=273.开尔文、16、热系统、

5、热力学温度标、摄氏温度标、华氏温度标和克温度标、17、热系统、物质状态方程、平衡态、平衡态某物质的热力学参数(例如压力、体积、温度)之间满足的函数关系，在1.3物态方程式、热力学中，物态方程式的具体形式一般通过实验决定。 与物态方程密切相关的一些重要物理量：膨胀系数、压力系数、等温压缩系数、18、热系统、2、理想的瓦斯气体状态方程、1、理想的瓦斯气体物态方程、1、玻璃纱(万豪)定律、一定质量的瓦斯气体、温度变化，常数也不怎么变化(2)P， 在t不太低时适用的p越低，越容易遵守，19、热系统、c-abogadoro定律：在同温同压下，1mol瓦斯气体的体积相同，可得到、20、热系统、理想瓦斯气体

6、状态方程、3、普适瓦斯气体常数r、1，(2)在气体压强比较低时适用。M 3:平均摩尔质量、22、热系统、二、非理想瓦斯气体的状态方程、范德瓦尔斯方程、范德瓦尔斯瓦斯气体：1摩尔正规瓦斯气体(a，b对一定的瓦斯气体常数，经实验测定)范德瓦尔斯方程3360、恩尼斯方程： 三、简单固体(各同源性)与液体的状态方程，四、顺磁性固体的状态方程，居里定律：m是磁化强度，c是常数，t是温度，h是外磁场强度，24、热系统，24，1.4力学相互作用过程中，在系统与外界之间移动的能量是工作。 热力学认为力量是广义的力量，所以工作也是广义的工作。 1 )、仅在系统状态变化的过程中有能量转移。 2 )、由于广义的力(

7、例如压力、电势等)而产生了广义的位移(例如体积变化、电量移动等)之后才开始工作。 3 )、非准静态过程中很难对系统的对外工作进行订正。 4 )、工作有正负之分。25、热系统、25、2、瓦斯气体对外界的工作有：二、体积膨胀功、1、外界对瓦斯气体的原工作有：26、热系统、1、拉伸弹簧杆的工作、28、热系统、28、28、2、表面张力功、3、可逆电池的工作有：表面张力系数、29、 作为公式，y是广义的力，是强度量，强度量的特征是，即使在系统相同的情况下将质量扩大2倍，强度量也不会变化。 30、热系统、能量守恒和转换规律的内容是，自然段的所有物体都具有能量，能量具有各种形式，它从一种形式转换为另一种形式

8、，从一个物体转换为另一个物体，转换和转换中能量的数值不变。 第一类永久动机不能制造。 1.5热力学第一定律，一，能量守恒和转换定律(热力学第一定律)，31，热系统，第一类永久动机：历史上，很多人有这样美好的愿望：制造不需要动力的机器，它可以不断地向外部办事儿， 如此巨大的财富不能创造永久的动机与热力学第一定律相违背：物体内的增加等于物体从外界吸收的热量和物体向外界办事儿的总和。 热力学第一定律的另一种表现：创造第一类永久动机是不可能的。 32、热系统、第二类永动机：曾经修订过一种机器，希望从高温热库(如锅炉)吸取热量后，都用于工作，不要向低温热库散热。 这台机器的效率达不到百分之百？ 这台机器

9、虽然没有违反能量守恒定律，但是没有成功。 人们将仅从这种单一的热库中吸热，云同步不断的办事儿永动机称为第二类永动机。 不能制造这种永久的动机是因为机械能和系统内能的转换有方向性。 机械能可转化为系统内能，而系统内能不能全部转化为机械能，不引起其他变化的热力学第二定律，33，热系统，2，内能状态函数，内能是系统内部所有微粒(如分子、原子等)的微观无序动能与相互作用势之和系统内能是状态函数，平衡态中的系统系统内能是确定的。 在系统内能与系统状态之间存在一对一的对应关系。 很多实验证明，所有的绝热过程都需要相等的工作来使水上升到相同的温度。 从w绝热=U2-U1，能量守恒定理可知，当系统吸热，内部能

10、量应该增加的外界与系统办事儿时，系统内能也增加。 当系统吸热，同时办事儿到外部和系统时，内部的增量必须等于两者之和。 34、热系统、34、1、内能量是宏命令热力学的观点，不考虑微观的本质。 内能量是相对量。 3、不包含热学中整个物体运动的机械能。 4、新能源概念可以推广到非平衡态系统。 5、一些书中提到的热能实质上是指物体的系统内能。 35、热系统、三、热力学第一定律的数学表示，在某个过程中，系统从外部吸热，向外部办事儿w，在系统内从初始状态E1E2，则能量守恒：Q0，系统吸热的Q0，系统在对外成功的W0，在系统内增加，E0，在系统内减少。相对于热力学第一定律的普遍形式，36，热系统，无限小过

11、程(时间无限小，位移无限小)，如果相对于准静态过程，系统向外部办事儿是由体积的变化实现的，热力学第一定律的普遍形式，37，热系统， 如果包含热力学系统，则系统的总内能量等于各部分内能量之和(内能量为广延量)，如果热力学系统的各部分不在平衡态，各部分分别具有动能dK，则各小部分表示下式：38、1.6热容量和焓，一、定体热容量和内能量39、热系统、39、二、定压热容量和焓、等压过程中吸收的热量等于焓的增量，40、热系统、1.7理想瓦斯气体的动能、1、焦耳在瓦斯气体的绝热自由膨胀实验中，瓦斯气体膨胀前后的温度不变，Q=0 在焦耳汤姆森效应、焦耳汤姆森效应、拉深过程中，发现实际瓦斯气体的动能与体积有关

12、，绝热拉深过程前后的焓不变。 对节流、膨胀、制冷、42、热系统、上述绝热节流过程进行分析。 左方的气体(外界)作用于通过多孔质插头的一定量的气体，该一定量的气体在通过多孔质插头后作用于右方的气体(外界)，外界对其负作用，外界对一定量的气体作用，从热力学的第一定律得到，因此，气体经过绝热节流过程，成为e 热系统，43，三，理想瓦斯气体的动能与焓公式，理想瓦斯气体的动能公式，理想瓦斯气体的焓公式，44，热系统，44，1.8理想瓦斯气体的绝热过程，45，热系统，45，45，47，热系统，47，1.9理想气体的卡诺循环，一一个系统从某个平衡态出发，经过任意一系列的过程而复原的平衡态的整体的变化过程被称

13、为循环过程。 时间修正周期-正周期反时间修正周期-反周期。 二、正循环热机及其效率，由ABCD包围的面积为正循环净功w。 热机效率：ABC吸热，对外做正功。 CBA发热，对外负功，48，热系统，48，热力学第一定律：三，卡诺热机，循环由两个等温线和两个绝热线组成，49，热系统，萨德尔诺特(sadicarnoT1796-1796 )，51，热系统，12 :温度为t1的高温热源和体积从V1膨胀到V2，来自热源的吸收热量为：23 :绝热膨胀，体积从V2变化到V3，吸热为零。 34 :与温度为T2的低温热源接触，T2不变，体积从V3压缩为V4，从热源散热为：41 :被绝热压缩，体积从V4变化为V1，吸

14、热为零。 关于52、热系统、绝热线23和41 :53、热系统，(1)完成卡诺循环需要一定温度的高温和低温热源，(2)卡诺循环的效率仅涉及两个热源温度，(3)卡诺循环效率总小于1，54、热系统、55、热系统、四、卡诺冷冻机的逆卡诺循环表示冷冻机的工作原理工程科学将从低温热源吸收的热量Q2和来自外部的功w作为热量向高温热源Q1 .56、热系统、冷冻系数、57、热系统、C-毛细节流阀B-冷凝机D-冷冻库E-压缩机、5 .传递经过毛细拉力赛管的减压膨胀，进入蒸发器吸收冰箱(低温热源)的热量，之后变为低压瓦斯气体再次循环。 原理：59，热系统，任何热力学过程都必须遵守热力学第一定律，但遵守热力学第一定律的热力学过程一定能实现吗？热能从高温物体自发地传递到低温物体，反过来好吗？ 运动物体的机械能通过办事儿转换成热能，物体吸收的热能自动转换成机械能吗？瓦斯气体可自由膨胀，但瓦斯气体可自动收缩吗？ 另一方面，在生产实践中热机的效率提高到100%不可要不得。 通过研究，总结了热力学的第二定律。 第二定律的表现有多种方法，其中最有代表性的有开尔文表现和克劳迪娅表现两种。1.10热力学的第二定律、一、引言、60、热系统、二