大学物理上册第八章1.ppt

大学物理学 第八章 热力学基础 研究系统状态变化时，热、功转化的条件和规律。 热力学第一定律在各种准静态过程中的应用。 热力学第一定律。 热力学第二定律。 包括热现象在内的能量守恒定律。研究改变系统的内能的方式以及各物理量之间的数值关系。 研究热力学过程进行的方向和条件。 研究对象 主要内容 热力学系统－理想气体。 研究任务 本章重点 　 热力学是热学的宏观理论。通过观察和实验，总结出宏观定律，应用逻辑推导方法，建立热力学理论体系。 8.1 热力学第一定律 一、内能 E 理想气体：系统内所有分子的平动动能和转动动能之和。 与过程无关，仅取决初末状态。即适用一切过程。 系统内能指系统中所有分子的各种形式的动能和分子间作用势能的总和。 当温度发生微小变化dT 时，内能变化： 当温度由T 变到T +△T，则 改变系统内能的方式：做功和热传递。 二、功 由图知：若活塞向外有一微小移动 dl 时，缸内气体体积对外膨胀 dV ， 汽缸内盛有某种气体，其压强为 p ，体积为V，活塞面积为S 。则活塞受到的压力F = p S 。 在热力学中，伴随体积变化系统对外界所作的功称为体积功。 则微过程中，缸内气体对外所作元功为 设气体进行准静态膨胀过程，推动活塞对外作功。 5、体积功的实质是有规则宏观运动 与无规则热运动之间的能量转换。 2、体积功是过程量。 1、对于有限的准静态过程，功等于 P - V 图上过程曲线下的面积。 3、气体膨胀时， 系统对外界作功。 4、气体压缩时， 外界对系统作功。 1 2 1 2 说明 1）热容是物质的固有属性。 2）热容是过程量。 3）与温度有关（温度变化不大时可认为无关）。 三、热量 Q （系统与外界接触但无宏观位移） 1、热量的实质： 2、摩尔热容： 1mol 物质温度升高（降低）1K 所吸收（放出）的热量。 实质：热力学系统与外界交换内能 的量度。 当系统和外界之间存在温差时，通过传热方式发生的能量传递。 说明 3、功与热量的异同： 单位：焦耳（J） 系统从外界吸收的热量的一 般计算公式： 1）A 和 Q 都是过程量：与过程有关。 2）功效相同：改变系统的热运动状态的作用相同。 功与热量的物理本质不同。 外界机械能 系统内能 宏观位移 转 换 外界内能 分子间作用 传 递 系统内能 相 同 Q 和 C 都是过程量。 不 同 注意 1） Q、△E、A 的符号的物理意义 Q 0， 系统吸热；Q 0， 系统放热。 A 0 ， 外界对系统做功。 △E 0 ，系统内能增加。△E 0，系统内能减少。 A 0 ， 系统对外界做功； 四、 热力学第一定律 系统在某一过程中从外界吸收的热量等于系统内能的增量与系统对外界作功之和。 热力学第一定律 系统吸热 系统内能量增量 系统对外作功 说明 2）热力学第一定律的另一种表述： 第一类永动机是不可能制成的。 第一类永动机：不需要任何动力和燃料，却能对外作功的机器。 对有限准静态过程： 对微小准静态过程： 4）热力学第一定律是大量实验的结果，是能量守恒定律涉及 热现象宏观过程中的具体表述。 例题1 1mol 单原子气体加热后，吸热 200 卡，对外作功500J，求气体温度的变化。 1mol单原子理想气体： 解 由热力学第一定律 得： 设气体可按理想气体处理，则 8.2 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 一、等体过程 1、过程特点： 3、等体摩尔热容： 1mol理想气体: 2、过程方程： 单原子分子 刚性双原子分子 CV，m 由热力学第一定律： 4、计算公式 1 2 等体降压 2 1 等体升压 注意 二、等压过程 1、过程特点： 3、等压摩尔热容： 对于1mol 理想气体 迈耶公式 2、过程方程： 单原子分子 刚性双原子分子 Cp, m 吸热使内能增加，系统对外界作功； 放热使内能减少， 外界对系统作功。 由热力学第一定律： 4、计算公式 1mol理想气体，温度升高1K，等压过程比在等容过程中多吸收8 . 31J 的热量。 意义 解 等压过程（将气体视作理想气体） 例题1 气缸中有1m3的氮气(N2)，m=1.25kg，在标准大气压下缓慢加热，温度上升1K，求：膨胀时做的功A，ΔE，Q。 8.3 理想气体的等温过程和绝热过程