第5章热力学基础热力学(thermodynamics)与分子运动理论一样是
第5章 热力学基础 热力学(thermodynamics)与分子运动理论一样是
研究热现象及其规律的一门学科。不同的是,热力学不涉及物质的微观结构，是在观察和实验的基础上总结出的一系列热力学定律，通过严密的逻辑推理得出有关物质各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论本章主要介绍热力学第一定律、热力学第二定
研究热现象及其规律的一门学科。不同的是,热 力学不涉及物质的微观结构,是在观察和实验的 基础上总结出的一系列热力学定律,通过严密的 逻辑推理得出有关物质各种宏观性质之间的关 系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。 本章主要介绍热力学第一定律、热力学第二定
律和熵的概念。（本章学习要求）了解：准静态过程循环过程。卡诺定理熟悉：热力学第二定律、熟悉：及增原理掌握：热力学第一定律及其应用。掌握：卡诺循环及热机效率的计算
律和熵的概念。 【本章学习要求】 了解：准静态过程、循环过程。 熟悉：热力学第二定律、卡诺定理。 熟悉：熵及熵增原理。 掌握：热力学第一定律及其应用。 掌握：卡诺循环及热机效率的计算
热力学第一定律5.15.1.1热力学系统和准静态过程热力学中，通常把被研究的对象称为热力学系统（thermodynamic system),简称系统。系统以外与系统有密切关系的所有物体称为系统的外界或环境（surroundings）。热力学系统
5.1 热力学第一定律 5.1.1 热力学系统和准静态过程 热力学中,通常把被研究的对象称为热力学系统(thermodynamic system),简称系统。系统以外与系统有密切关系的所 有物体称为系统的外界或环境(surroundings)。热力学系统
可分为三类：与外界既无能量又无物质交换的系统.称为孤立系统(isolated system)。严格地说,自然界中并不存在这样的系统，因为任何一个系统或多或少地都会受到外界的影响，所以孤立系统只是一个理想的系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统,称为封闭系统(closed system);与外界既有能量交换又有物质交换的系统，称为开放系统(opensystem)。对于一个确定的热力学系统，当其处于平衡态时，描述系统的宏观性质的诸多宏观物理量具有确定的数值，从这些物理量
可分为三类:与外界既无能量又无物质交换的系统,称为孤立 系统(isolated system)。严格地说,自然界中并不存在这样的 系统,因为任何一个系统或多或少地都会受到外界的影响,所 以孤立系统只是一个理想的系统;与外界只有能量交换而无 物质交换的系统,称为封闭系统(closed system);与外界既有能 量交换又有物质交换的系统,称为开放系统(open system)。 对于一个确定的热力学系统,当其处于平衡态时,描述系统的 宏观性质的诸多宏观物理量具有确定的数值,从这些物理量
中可以选出一组相互独立的宏观量来描述系统的平衡态，这些宏观量称为系统的状态参量。对由气体、液体和各向同性的固体所组成的简单系统，可以只用压强P、体积V和温度T等状态参量来描述它们的平衡状态。在平衡态下，系统各参量（如P,V,T）之间存在一定的关系，即f(P,V,T)=O
中可以选出一组相互独立的宏观量来描述系统的平衡态,这 些宏观量称为系统的状态参量。对由气体、液体和各向同 性的固体所组成的简单系统,可以只用压强P、体积V和温度 T等状态参量来描述它们的平衡状态。 在平衡态下,系统各参量(如P,V,T)之间存在一定的关系,即
这个关系称为系统的状态方程。例如，理想气体的状态方程为MPV=二RT任何系统的状态方程都是从实践中总结出来的热力学系统在外界影响下，其状态要发生变化。系统状态随时间变化的过程称为热力学过程（thermodynamicprocess），简
这个关系称为系统的状态方程。例如,理想气体的状态方程 为 任何系统的状态方程都是从实践中总结出来的。 热力学系统在外界影响下,其状态要发生变化。系统状态随 时间变化的过程称为热力学过程(thermodynamic process),简
称过程。在实际情况中，过程往往进行得很快，系统在达到新的平衡状态之前又继续下一步的变化，即实际过程中系统所经历的是一系列非平衡状态，因为非平衡状态无均匀确定的参量给热力学过程的研究带来了困难。不过，如果过程进行得非常缓慢，系统在过程中所经历的每一个状态都可以看作是平衡态，这样就可以用状态参量来描述系统的性质了，这样的过程称为准静态过程(quasi-staticprocess)。本章所讨论的过程如果没有特别说明一般都是指准静态过程
称过程。在实际情况中,过程往往进行得很快,系统在达到新 的平衡状态之前又继续下一步的变化,即实际过程中系统所 经历的是一系列非平衡状态,因为非平衡状态无均匀确定的 参量,给热力学过程的研究带来了困难。不过,如果过程进行 得非常缓慢,系统在过程中所经历的每一个状态都可以看作 是平衡态,这样就可以用状态参量来描述系统的性质了,这样 的过程称为准静态过程(quasi-static process)。本章所讨论的 过程,如果没有特别说明,一般都是指准静态过程
5.1.2内能、功和热量热力学系统内部的各种形式的能量总和称为系统的内能(internal energy),以U表示。它包含分子无规则运动的动能、分子间相互作用的势能等。从宏观上看，系统内能的改变只由系统的始、未状态决定，与其经历的过程无关,所以内能仅是系统状态的函数。对于理想气体而言，由于分子间的相互作用可以忽略所以，通常认为理想气体的内能只包含分子的动能，也就是说，理想气体的内能只由温度决定
5.1.2 内能、功和热量 热力学系统内部的各种形式的能量总和称为系统的内能(internal energy),以U表示。它包含分子无规则运动的动能、分 子间相互作用的势能等。从宏观上看,系统内能的改变只由 系统的始、末状态决定,与其经历的过程无关,所以内能仅是 系统状态的函数。对于理想气体而言,由于分子间的相互作 用可以忽略,所以,通常认为理想气体的内能只包含分子的动 能,也就是说,理想气体的内能只由温度决定
做功和传热都可以使热力学系统的内能发生变化。例如，一杯水可以通过搅拌的方法，也可以通过加热的方法使其从某一温度升到另一温度。前者是通过做功来完成的后者是通过传热来完成的。做功与传热虽然有等效的一面，但有着本质的区别。做功是通过物体做宏观位移，实现机械运动与系统内分子无规则运动之间的转换，从而改变了系统的内能传热是通过分子间相互作用实现外界分子无规则热运动与系统内分子无规则热运动之间的转换，从而改变系统的内
做功和传热都可以使热力学系统的内能发生变化。例如,一 杯水可以通过搅拌的方法,也可以通过加热的方法使其从某 一温度升到另一温度。前者是通过做功来完成的,后者是通 过传热来完成的。做功与传热虽然有等效的一面,但有着本 质的区别。做功是通过物体做宏观位移,实现机械运动与系 统内分子无规则运动之间的转换,从而改变了系统的内能。 传热是通过分子间相互作用,实现外界分子无规则热运动与 系统内分子无规则热运动之间的转换,从而改变系统的内