热学 华中科技大学物理系 气体分子热运动 热力学基础
第二篇 热学 第8章热力学基础 6课时
第二篇 热 学 第8章 热力学基础 6课时
第8章热力学基础 §8-1功与热量 §8-2热力学第一定律 §8-3热力学第一定律 对理想气体等值过程的应用 §8-4绝热过程 §85循环过程和热机效率 §86热力学第二定律 §87可逆过程与不可逆过程 §88热力学第二定律的数学描述:熵
第8章 热力学基础 § 8—1 功与热量 § 8—2 热力学第一定律 § 8—3 热力学第一定律 对理想气体等值过程的应用 § 8—4 绝热过程 § 8—5 循环过程和热机效率 § 8—6 热力学第二定律 § 8—7 可逆过程与不可逆过程 § 8—8 热力学第二定律的数学描述：熵
第7章讨论了热力学系统(气体)处于平衡态的性质 本章讨论一个热力学系统的状态发生变化时所遵循的普 遍规律(实验结果,宏观性质) §8-1功与热量 研究系统状态发生变化的原因 1.热力学系统:热力学研究的对象称为热力学系统 (研究气体系统),其它均称为外界。 系统的分类: 研究对象与外界有功,有热交换: 一般系统 研究对象与外界无功,有热交换: 透热系统 研究对象与外界有功,无热交换: 绝热系统 研究对象与外界无功,无热交换:封闭(孤立)系统
第7章讨论了热力学系统（气体）处于平衡态的性质 , 本章讨论一个热力学系统的状态发生变化时所遵循的普 遍规律（实验结果，宏观性质）。 §8—1 功与热量 研究系统状态发生变化的原因 1. 热力学系统：热力学研究的对象称为热力学系统 （研究气体系统），其它均称为外界。 系统的分类： 研究对象与外界有功，有热交换: 研究对象与外界无功，有热交换: 研究对象与外界有功，无热交换: 研究对象与外界无功，无热交换: 一般系统 透热系统 绝热系统 封闭（孤立）系统 1
2.平衡态状态参量状态方程 平衡态:不受外界影响的系统,其宏观性质 (P、V、T)不随外界变化的状态 状态参量:描述气体平衡状态的物理量(P、V、T) 状态方程:理想气体系统处于平衡状态时,状态参量之 间的关系。 大量实验证明: M 恒量P RT 3.热力学过程状态随时间变化的过程,过程分类: (1)按系统与外界的关系分类: 非平衡态 自发过程:无外界帮助,系统的状态改变。到平衡态 非自发过程:有外界帮助,系统的状态改变。平衡态到 非平衡态2
2. 平衡态 状态参量 状态方程 *平衡态： 不受外界影响的系统，其宏观性质 （P、 V 、T ）不随外界变化的状态。 *状态参量：描述气体平衡状态的物理量（P、 V 、T ） *状态方程：理想气体系统处于平衡状态时，状态参量之 间的关系。 = = LL = 恒量 2 2 2 1 1 1 T P V T PV RT M PV m = 3. 热力学过程 状态随时间变化的过程，过程分类： （1）按系统与外界的关系分类: 自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。 非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变。 非平衡态 到平衡态 平衡态到 非平衡态 2 大量实验证明：
(2)按过程中经历的各个状态的性质分类: 准静态过程(平衡过程):初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。 非静态过程(非平衡过程):只要有一个状态不是平衡 态,整个过程就是非静态过程。 (3)按过程的特征分类 等容过程:dV=0 等压过程:dP=0 等温过程:dT=0 绝热过程:dQ=0,Q=0 循环过程:dE=0 E终态 初态 3
（2）按过程中经历的各个状态的性质分类: 准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。 非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平衡 态，整个过程就是非静态过程。 （3）按过程的特征分类: 等容过程： d V = 0 等压过程： d P = 0 等温过程： d T = 0 绝热过程： d Q = 0，Q = 0 循环过程： d E = 0 E终态 = E初态 3
注意: 10实际的热力学过程是 非平衡过程。 例:压缩过程 PVT 00 20平衡过程是无限 缓慢地进行的,是 理想化的抽象。 30平衡过程可在PV 图上表示出来。 PoL 010日口 PVT PV图上一个点,表示一个平衡状态。 PV图上一条线,表示一个平衡过程 非平衡态,非平衡过程不能在PV图上表示! 4
2 0 平衡过程是无限 缓慢地进行的，是 理想化的抽象。 3 0 平衡过程可在 PV 图上表示出来。 P V PV 图上一个点，表示一个 状态。 PV 图上一条线，表示一个 过程。 非平衡态，非平衡过程不能在PV 图上表示！！ 1 0 实际的热力学过程是 非平衡过程。 4 平衡 平衡 注意： P0V0T0 LL LL LL LL LL LL 例：压缩过程 PVT P0V0T0 LL LL LL LL LL LLPVT LLLLLL LLL LLL LL LLLL
4.态函数内能 态函数:描述状态的物理量,是状态参量的函数。 (如P、V、T都是态函数 RT ☆气体的内能 E= Mi 2 (内能也是态函数!) 态函数的特征:态函数的增量,只取决于初始状态和 终了状态,与过程无关! M i △E= R△T 5.功热量 μ2 改变内能的方法外界对系统作功(或反之)。 外界对系统传热(或反之)。 (1)功计算系统在准静态膨胀过程中所作的功: d4=P·S·L S当活塞移动一段有限距离时 压强作功 丿1 5
4. 态函数 内能 *态函数：描述状态的物理量，是状态参量的函数。 （如 P、V、T都是态函数） * 气体的内能 (内能也是态函数！) * 态函数的特征：态函数的增量，只取决于初始状态和 终了状态，与过程无关！ 5. 功 热量 改变内能的方法 外界对系统作功（或反之）。 外界对系统传热（或反之）。 计算系统在准静态膨胀过程中所作的功： 当活塞移动一段有限距离时 压强作功 （1）功 dl P S RT M i E m 2 = R T M i E m = 2 dA = P S dl A = P dV 2 1 V V 5
A=「Pd 注意:10此过程所作的功反映在 PV图上,就是曲线下的面积。 P 系统对外界作功,A为正 符号法则 外界对系统作功,A为负。 2,2左图:系统对外界作了功,系统 的状态变了,内能也变了。 “功”是系统内能变化的量度, 功不仅与初、末态有关,还与过程有关是过程量。 (2)热量:在单纯的传热过程中,系统内能的增量, 等于它从外界吸收的热量。Q=E2-E1 系统吸热,Q为正 符号法则: 系统放热,Q为负 6
1 0 此过程所作的功反映在 P-V图 上，就是曲线下的面积。 V1 V2 1 2 系统对外界作功，A为正。 外界对系统作功，A为负。 2 0左图：系统对外界作了功，系统 的状态变了，内能也变了。 “功”是系统内能变化的量度， 功不仅与初、末态有关，还与过程有关是过程量。 （2）热量：在单纯的传热过程中，系统内能的 增量， 等于它从外界吸收的热量。 Q = E2 - E1 系统吸热， Q为正。 P V 系统放热， Q为负。 符号法则： dV 6 符号法则： = 2 1 V V A PdV 注意：
注意: 10作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。 (要提高一杯水的温度,可加热,也可搅拌) 20国际单位制中,功、热、内能单位都是焦耳(J) (1卡=418焦耳) 30功和热量都是系统内能变化的量度但功和热本身绝 不是内能。 内能:态函数系统每个状态都对应着一定内能的数值 功、热量:只有在状态变化过程中才有意义,状态不 变,无功、热可言。 40作功、传热在改变内能效果上一样,但有本质别: 作功:通过物体宏观位移来完成,是系统外物体的有 规则运动与系统内分子无规则运动之间的转换。 传热:通过分子间的相互作用来完成,是系统外、内分 子无规则运动之间的转换。 7
1 0 作功和传热对改变系统的内能效果是一样的。 （要提高一杯水的温度，可加热，也可搅拌） 2 0 国际单位制中，功、热、内能单位都是焦耳（J）。 （1卡 = 4.18 焦耳) 3 0 功和热量都是系统内能变化的量度,但功和热本身绝 不是内能。 内能：态函数,系统每个状态都对应着一定内能的数值。 功、热量：只有在状态变化过程中才有意义，状态不 变，无功、热可言。 4 0 作功、传热在改变内能效果上一样，但有本质别： 作功：通过物体宏观位移来完成，是系统外物体的有 规则 运动与系统内分子无规则运动之间的转换。 传热：通过分子间的相互作用来完成，是系统外、内分 子无规则运动之间的转换。 7 注意 ：