热力学基础 (2)2幻灯片.ppt
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1、热力学基础第1页,共39页,编辑于2022年,星期日 道尔顿道尔顿道尔顿道尔顿葛正权葛正权葛正权葛正权焦耳焦耳焦耳焦耳爱因斯坦爱因斯坦卡诺卡诺卡诺卡诺开尔文开尔文开尔文开尔文克劳修斯克劳修斯克劳修斯克劳修斯波义耳波义耳波义耳波义耳麦克斯韦麦克斯韦波尔兹曼波尔兹曼波尔兹曼波尔兹曼狄拉克狄拉克费米费米昂尼斯昂尼斯昂尼斯昂尼斯玻色玻色玻色玻色德拜德拜德拜德拜吉布斯吉布斯吉布斯吉布斯维恩维恩维恩维恩普朗克普朗克普朗克普朗克第2页,共39页,编辑于2022年,星期日篇序篇序研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响研究物质热运动与其它运动形态之间的转化规律研究物质热
2、运动与其它运动形态之间的转化规律一一 热学的研究对象热学的研究对象二研究方法二研究方法1.统计物理研究方法统计物理研究方法从物质的微观结构出发,依据每个粒子所遵循的力学规律,从物质的微观结构出发,依据每个粒子所遵循的力学规律,用统计的方法研究宏观物体的热力学性质用统计的方法研究宏观物体的热力学性质优点优点:深入热现象的本质对其作出理论解释,能够解释决定:深入热现象的本质对其作出理论解释,能够解释决定宏观物理量的微观决定因素,物理过程与物理意义清晰宏观物理量的微观决定因素,物理过程与物理意义清晰第3页,共39页,编辑于2022年,星期日缺点缺点:定量统计,需要理想近似物理模型,因而常带有近似:定
3、量统计,需要理想近似物理模型,因而常带有近似色彩,与实验结果有一定误差色彩,与实验结果有一定误差2.热力学研究方法热力学研究方法由观察和实验总结出热力学定律;用严密的逻辑推理方法研由观察和实验总结出热力学定律;用严密的逻辑推理方法研究宏观物体的热力学性质究宏观物体的热力学性质优点优点:热力学根据热现象给出普遍、可靠的结果,可用来验:热力学根据热现象给出普遍、可靠的结果,可用来验证微观理论的正确性证微观理论的正确性缺点缺点:常带有经验或半经验性质,不能从本质上阐述热现象:常带有经验或半经验性质,不能从本质上阐述热现象的深刻含义以及宏观测量对微观测量的依赖关系的深刻含义以及宏观测量对微观测量的依赖
4、关系第4页,共39页,编辑于2022年,星期日第八章热力学基础第八章热力学基础内容结构内容结构一热力学第一定律一热力学第一定律 热力学第一定律热力学第一定律 热力学第一定律的应用:几个特殊的热力学过程热力学第一定律的应用:几个特殊的热力学过程二热力学第二定律二热力学第二定律 热力学第二定律的两种表述及其等价性热力学第二定律的两种表述及其等价性 卡诺定理卡诺定理三熵增加原理与热力学第二定律的统计意义三熵增加原理与热力学第二定律的统计意义 熵、熵增加原理熵、熵增加原理 热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义第5页,共39页,编辑于2022年,星期日8-1热力学第一定律热力学第一定律一热力
5、学过程的相关概念一热力学过程的相关概念热力学过程热力学过程:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态所经历的热力学过程的总合态所经历的热力学过程的总合驰豫时间驰豫时间:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态所需要的时间所需要的时间非准静态过程非准静态过程:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态所经历的中间状态是非平衡态过程衡态所经历的中间状态是非平衡态过程准静态过程准静态过程:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡:从一个热力学平衡态转化到另一个热力学平衡态
6、所经历的中间状态为平衡态态所经历的中间状态为平衡态第6页,共39页,编辑于2022年,星期日说明说明:A.准静态过程为理想过程准静态过程为理想过程B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为两平衡态转化一个热力学过程为准静态过程的必要条件为两平衡态转化所经历的时间大于驰豫时间所经历的时间大于驰豫时间C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示准静态过程可以用宏观参量图给予表示二热力学过程中的能量转化二热力学过程中的能量转化1功功 对无摩擦准静态过程对无摩擦准静态过程说明说明:热力学系统中对功正负符号的规定:体积膨胀时,系:热力学系统中对功正负符号的规定:体积膨胀时,系统对外作正功,体积缩小时,系统对外
7、作负功统对外作正功,体积缩小时,系统对外作负功如果热力学系统经历非准静态过程,而外界压强恒定,上面如果热力学系统经历非准静态过程,而外界压强恒定,上面表述式仍然适用表述式仍然适用第7页,共39页,编辑于2022年,星期日2.热量热量当系统与外界有热传递时当系统与外界有热传递时其中,其中,c为比热容为比热容说明说明:A.热量是一过程量,而不是状态量热量是一过程量,而不是状态量(表示方法:表示方法:)B.热量的正负号规定:系统吸收热量为正,放出热量为负热量的正负号规定:系统吸收热量为正,放出热量为负C.热量与作功是热力学系统能量发生改变的两种不同方式热量与作功是热力学系统能量发生改变的两种不同方式
8、3.热力学第一定律热力学第一定律实验定律实验定律大量实验表明:确定的两热力学平衡状态所经历的中间过程大量实验表明:确定的两热力学平衡状态所经历的中间过程的功和热量的总和是一定的的功和热量的总和是一定的说明说明:A.热力学第一定律是引入态函数热力学第一定律是引入态函数内能的理论基础内能的理论基础B.热力学第一定律表明:第一永动机是不可实现的热力学第一定律表明:第一永动机是不可实现的第8页,共39页,编辑于2022年,星期日三热力学平衡态的态函数三热力学平衡态的态函数内能,理想气体的内能内能,理想气体的内能1.内能的定义内能的定义:热力学系统内部,分子的动能、分子间势能、:热力学系统内部,分子的动
9、能、分子间势能、热力学系统所处外场的相互作用能的总和热力学系统所处外场的相互作用能的总和2.理想气体的内能理想气体的内能说明说明:理想气体的内能只与温度有关,只是热力学系统状态:理想气体的内能只与温度有关,只是热力学系统状态参量的函数参量的函数第9页,共39页,编辑于2022年,星期日8-2 热容量热容量一相关概念一相关概念1.热容量热容量:热力学系统温度升高单位温度所吸收的热量:热力学系统温度升高单位温度所吸收的热量2.摩尔热容量摩尔热容量:一摩尔物质升高单位温度所吸收的热量:一摩尔物质升高单位温度所吸收的热量3.比热容比热容:单位物质升高单位温度所吸收的热量:单位物质升高单位温度所吸收的热
10、量4.定容摩尔热容量定容摩尔热容量等容情形下,一摩尔物质升高单位温度所等容情形下,一摩尔物质升高单位温度所吸收的热量吸收的热量第10页,共39页,编辑于2022年,星期日例:理想气体的定容摩尔热容量例:理想气体的定容摩尔热容量由热力学第一定律由热力学第一定律考虑到考虑到理想气体的定容摩尔热容量理想气体的定容摩尔热容量5.定压摩尔热容量定压摩尔热容量等压情形下,一摩尔物质升高单位温度所吸收的热量等压情形下,一摩尔物质升高单位温度所吸收的热量第11页,共39页,编辑于2022年,星期日例:理想气体的定压摩尔热容量例:理想气体的定压摩尔热容量由热力学第一定律由热力学第一定律考虑到考虑到理想气体的定容
11、摩尔热容量理想气体的定容摩尔热容量6.比热容比(绝热系数)比热容比(绝热系数)例:求单原子分子气体、刚性双原子分子气体、刚性多原子例:求单原子分子气体、刚性双原子分子气体、刚性多原子分子气体的绝热系数分子气体的绝热系数第12页,共39页,编辑于2022年,星期日由由单原子分子气体单原子分子气体刚性双原子分子气体刚性双原子分子气体刚性多原子分子气体刚性多原子分子气体第13页,共39页,编辑于2022年,星期日-3 热力学第一定律用于理想气体热力学第一定律用于理想气体一等容过程一等容过程结论:等容过程中,系统吸收的热量完全用来增加热力学系结论:等容过程中,系统吸收的热量完全用来增加热力学系统的内能
12、统的内能二等温过程二等温过程第14页,共39页,编辑于2022年,星期日或或结论:等温过程中吸收的热量完全用来对结论:等温过程中吸收的热量完全用来对外做功,而不用来增加热力学系统的内能外做功,而不用来增加热力学系统的内能第15页,共39页,编辑于2022年,星期日三等压过程三等压过程或或第16页,共39页,编辑于2022年,星期日四绝热过程四绝热过程1.绝热过程的功绝热过程的功2.绝热过程的状态方程绝热过程的状态方程第17页,共39页,编辑于2022年,星期日讨论讨论:同一初始状态气体的等温过程与绝热过程的比较:同一初始状态气体的等温过程与绝热过程的比较绝热过程绝热过程p-V曲线的斜率曲线的斜
13、率等温过程等温过程p-V曲线的斜率曲线的斜率第18页,共39页,编辑于2022年,星期日同一初始状态气体的绝热过程与等温过程相比,变化相同体同一初始状态气体的绝热过程与等温过程相比,变化相同体积时,积时,绝热过程压强下降更快。绝热过程压强下降更快。原因是绝热过程对外做功,原因是绝热过程对外做功,依靠的是系统的内能的减小,依靠的是系统的内能的减小,而压强减小既由于气体动量的而压强减小既由于气体动量的减小,又由于气体密度的减小。减小,又由于气体密度的减小。等温过程对外做功,气体分等温过程对外做功,气体分子的动量依靠对外吸收热量保持不变,压强的减小原因仅由子的动量依靠对外吸收热量保持不变,压强的减小
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