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文档简介

1、第一章 热力学的基本规律,1.1 热力学系统的平衡状态及其描述,1.系统,孤立系,闭系,开系,(极限概念),热力学系统的状态,平衡态,非平衡态,热力学平衡态:,(1)定义:,一个孤立系统,不论其初态如何复杂,经过足够长的时间后,将会到达这样的状态,系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化,这样的状态称为热力学平衡态。,(2)注意点:,弛豫时间,动态平衡(热动平衡),不考虑涨落,不限于孤立系统,(3)描述平衡态的宏观参量:,P、V 等,1.2 热平衡定律和温度,热平衡定律(热力学第零定律):,如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡,它们彼此也必处在热平衡。,A=C , B=C 则 A=B,(热

2、平衡即温度相等),TA=TC , TB=TC 则 TA=TB,温度T:,物体冷热程度的量度,温度的测量:,理想气体温标、水银温度计等,1.3 物态方程,简单系统:,定义:,体胀系数,压强系数,等温压缩系数,数学上有:,两类问题:,解:,或,证明:,两边积分:,证明完毕,解:,作业:p48 1.5 1.6,解:,要求体积维持不变,即:,两边积分:,解:,1.4 功,准静态过程:,是一个理想的极限概念,不考虑摩擦。,外界对系统所作的功:,(1)外界对盛在容器中的气体或液体所作的功 (讨论准静态过程),活塞横截面积,有限过程:,等容过程:,等压过程:,等温理想气体:,(2)外界克服表面张力对液体表面

3、薄膜所作的功,设有液体表面薄膜张在线框上,线框的一边可以移动,其长度为l,以表示单位长度的表面张力.,表面张力有使液面收缩的趋势,当将可移动的边外移一个距离dx时,外界克服表面张力所作的功为:,在准静态过程中液膜面积改变dA时外界所作的功.,解:,气体对外界所作的功,等温过程:,或由等温过程有:,1.5 热力学第一定律,能量守恒定律:自然界一切物质都具有能量,能量有各种不同的形式,可以从一种形式转化为另一种形式,从一个物体传递到另一个物体,在传递与转化中能量的数量不变。,另一种表述:第一类永动机是不可能造成的。,1.6 热容量和焓,热容量:,比热容:,摩尔热容量:,定容热容量:,定压热容量:,

4、引入状态函数 焓:,全微分:,有限过程:,等压过程:,1.7 理想气体的内能,一般气体:,理想气体:,引入比热容比:,作业:p49 1.10 1.12,1.8 理想气体的绝热过程,绝热过程:,热力学第一定律:,理想气体:,积分:,绝热方程:,1.9 理想气体的卡诺循环,态态:等温膨胀过程,态 态:等温压缩过程,态 态与态 态是绝热过程,气体对外界所作的净功:,热机效率定义:,1.10 热力学第二定律,克劳修斯(克氏)表述:,不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化,卡尔文(开氏)表述:,不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起 其他变化,开氏说法可表述为:第二类永动机是不可能

5、造成的,(第二类永动机:效率为1的热机),1.11 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,1.12 热力学温标(自学),1.13 克劳修斯等式与不等式,根据卡诺定理,一般热机效率小于或等于卡诺热机,一般热机效率:,卡诺热机效率:,1.14 熵和热力学基本方程,引入态函数熵:,热力学基本微分方程,1.16 热力学第二定律的数学表述,第二定律的数学表述,熵增加原理的数学表述,熵增加原理:经绝热过程后,系统的熵永不减少,经可逆绝热过程后熵不变,经不可逆绝热过程后熵增加,在绝热 条件下熵减少的过程是不可能实现的。,1.15 理想气体的熵,设想一个可逆过程积分:,设想一个可逆过程积分:,该过程实际不可逆,假设存在一个可逆的理想过程,整个杆的熵增为:,1.18 自由能和吉布斯函数,热力学第二定律的数学表述:,等温过程

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