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第十三章 热力学基础 一、基本要求 1、掌握内能、功和热量等概念。理解准静态过程。理解定容摩尔热容、定压摩尔热容和比热比的概念及其应用。 2、掌握热力学第一定律。能够分析、计算理想气体在等容、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量。 3、理解循环过程的意义和循环过程的能量转换关系。会计算卡诺循环和其它简单循环的效率。 4、理解可逆过程和不可逆过程。了解热力学第二定律和熵增加原理。 二、基本概念及规律 1、理想气体的状态方程：，其中体积V、压强P和温度T是气体的状态参量，M是气体的质量，μ是气体的摩尔质量，为气体的摩尔数。 2、热力学第一定律：系统从外界吸收的热量一部分使系统的内能增加，另一部分用来对外做功。即 式中Q、△E和A的意义及正负号的规定： Q本身的意义是系统吸收的热量，Q0,系统吸热；Q0，系统放热。 △E本身的意义是系统内能的增量，△E0，内能增加；△E0，内能减少。 A本身的意义是系统对外所作的功，A0，系统对外做功；A0，外界对系统做功。 对微小过程，热力学第一定律可以写成如下形式： 3、热力学第一定律对等值过程和绝热过程的应用：见后页的附表。 附表：理想气体的几个重要的热力学过程 过程 等容 等压 等温 绝热 特征 V=恒量 P=恒量 T=恒量 Q=0 过程方程 PV=恒量 内能增量△E 0 系统做功A 0 或 或 或 吸收热量Q 或 0 摩尔热容C ∞ 0 4、循环过程：系统从某一状态出发，经过一系列变化过程又回到初态，我们说系统经历了一个循环过程。循环过程的特点为△E=0，因此其净热等于净功Q=A。 正循环(顺时针)表示热机，在P—V图上循环过程曲线所包围的面积表示一个循环中系统对外所作的净功。 逆循环(逆时针)表示制冷机，在P—V图上循环过程曲线所包围的面积表示一个循环中外界对系统所作的净功。 (1) 热机效率η： 式中：A为为循环过程系统对外所作的净功；Q1表示循环过程中系统从外界吸收进来热量的总和，Q2表示循环过程中系统向外界放出热量总和的绝对值。Q1 、Q2和A均为正值。 (2)卡诺循环：由四个准静态过程组成，两个等温过程和两个绝热过程，工作在T1、T2两个恒温热源之间。 卡诺循环的效率为： 卡诺逆循环的制冷系数： (3)制冷系数ε： 式中：Q2为系统在一循环中从低温热源中吸收的热量；A外为外界对系统所作的净功；为向高温热源输送的总热量。 5、热力学第二定律的表述： 开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量使之完全变成有用功而不产生其他影响。 克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不产生其它影响。(等价表述：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体) 热力学第二定律的实质：一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 热力学第二定律的统计意义：孤立系统内的自发过程总是从几率小的宏观态向几率大的宏观态进行。 6、熵和熵增加原理： 熵：为了判断孤立系统中过程进行的方向而引进的系统状态的单值函数。 玻耳兹曼熵公式： 式中：k为玻耳兹曼常数；Ω为该宏观态的热力学几率，即该宏观态所对应的微观状态数。 熵增加原理 ：孤立系统内部一切自发过程总是向着熵增加的方向进行。 练习五（热） 姓名 学号 班级 1．有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气(看成刚性分子的理想气体)。它们的压强和温度都相等，现将5J的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是： (A) 6J。　　　　　 (B) 5J。　　　　　 (C) 3J。　　　　　 (D) 2J ［　　　］ 2．一定质量的理想气体分别由初态a经①过程a→b和初态经②过程→c→b到达相同的终态b，如P—T图所示，则两过程气体从外界吸收的热量Q1、Q2的关系为： Q10，Q1Q2。 Q10，Q1Q2。 (C) Q10，Q1Q2。 (D) Q10，Q1Q2。 ［　　　］ 3．对室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比A/Q等于： (A) 1/3。　　　　　(B) 1/4。　　　　　 (C) 2/5。