大学物理教程课件第五章热力学.ppt

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1、第五章热力学研究方法热力学——宏观描述实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件.1）具有可靠性；2）知其然而不知其所以然；3）应用宏观参量.特点第五章热力学气体动理论——微观描述研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法.1）揭示宏观现象的本质；2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广.特点两种方法的关系气体动理论热力学相辅相成宏观量微观量统计平均第五章热力学第一节热力学第一定律及其对理想气体的应用一、热力学系统热力学所研究的对象称为热力学系统，简称系统。按系统

2、与外界的相互作用可将系统分为三类：1、开放系；2、封闭系；3、孤立系。二．热力学过程热力学系统的状态随时间的变化叫做热力学过程。热力学平衡态：如果孤立系达到一个各种宏观性质不再随时间改变的状态，则这种状态就称为热力学平衡态。1、如按过程的平衡性质分，热力学过程可分为准静态过程和非准静态过程。第五章热力学准静态过程（理想化的过程）准静态过程：系统所经历的中间状态都无限接近于平衡态的变化过程。气体活塞砂子12第五章热力学2、按系统与外界有无相互作用来分，可分为自发过程与非自发过程。自发过程：指不需要外界的帮助，自动进行的过程。3、按过

3、程的特点来分，可分为：（1）等容过程：dV=0（2）等压过程：dP=0（3）等温过程：dT=0（4）绝热过程：dQ=0第五章热力学三．热力学第一定律系统从外界吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外界所作的功之和。用式子表示成：（5-3）上式中的、与的正负号规定如下：1、若系统从外界吸热时为正；若系统向外界放热时为负。2、若系统的内能增加时为正；内能减少时为负。3、系统对外界作功时为正；外界对系统作功时，为负值。对于一个无限小的过程（又称为元过程），热力学第一定律可写成：第一类永动机：不消耗任何形式的能量就能不断对外作功的机器。热力

4、学第一定律的另一表示述：第一类永动机不可能造成。(5-5)第五章热力学永动机的设想图第五章热力学四、内能系统的内能就是分子热运动的动能、分子内原子振动势能和分子间相互作用势能的总和。实验表明：内能的改变量只决定于始末两个状态，而与经历的过程无关，即内能是系统状态的单值函数。由前面推出的（4-12）式知，对于一定量的理想气体，其内能只与温度这一状态参量有关，即为温度的单值函数：2AB1**2AB1**第五章热力学五、功（过程量）功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化.准静态过程功的计算注意：作功与过程有关.宏观运动能量

5、热运动能量如图，气体系统对外界所作的元功：或：（5—2）整个过程中气体对外界所作的功等于所有微小中间过程所作的功的代数和，即：dA=pdV由定积分的儿何意义知，A就是曲线p=p(V)与轴V及V=V1、V=V2两直线所围的面积。2AB1**第五章热力学六、热量（过程量）在热传递过程中所传递的能量就称为热量。1）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同.1卡=4.18J，1J=0.24卡功与热量的异同作功并不是系统与外界发生能量转换的唯一形式，在

6、热力学中还有另外一种能量的转换方式称为热传递。第五章热力学系统的温度从T1升高到T2所吸收的热量为：式中的M为工作物质的质量，c为比热。如计算系统的温度升高dT时所需的热量，可将上式改写成：令称为热容量。当M=μ时的热容量用C=μc表示，特称为摩尔热容量。摩尔热容量:表示在一定过程中1摩尔质量的物质温度升高（或降低）1K时所吸收（或放出）的热量。热容量与摩尔热容量的关系为：将上式代入前式得用摩尔热容量计算热量的公式：第五章热力学将前面求得的式代入热力学第一定律的表达式（5-5）可列得：1、定容摩尔热容量在式中令ν=1，又将相应的定

7、容过程的摩尔热容量用CV表示。则可列出：(1)(2)或：由于在等容过程中dV=0,代入式得dQ=dE再将此结果代入上（2）式得：又将前面的（4-12）式，1摩尔理想气体的内能表达式代入上式得：（5-11）第五章热力学将前页的（1）式两边积分，可得在等容过程中，1摩尔工作物质的温度从T1升到T2时向外界吸收的热量为：对于质量为M的工作物质,温度从T1升到T2时向外界吸收的热量为：2、定压摩尔热容量在前式中令ν=1，又将相应的定压过程的摩尔热容量用Cp表示。则可列出：(3)(4)或：将前式代入以上（3）式，可列得：或：第五章热力学将式

8、代入上式可得：利用1摩尔理想气体的状态方程PV=RT，将两边求微分并考虑到此时的P为常量，可得PdV=RdT或R=PdV/dT代入上式得：(5-21）将前页的（3）式两边积分，可得在等压过程中，1摩尔工作物质的温度从T1升到T2时向外界吸收的热量为