物理基础课件-热力学基本概念.PPTVIP

大学物理 热力学基本概念 一、热力学系统 外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系。 其比邻环境称为外界 开放系统 孤立系统 封闭系统 系统 与外界有m、E交换 与外界有E交换，无m交换 与外界无E、m交换 第*页 共32页 绝热 例 开放系统 封闭系统 孤立系统 热力学：研究热力学系统的状态及状态变化规律 二、热力学平衡态 广延量 强度量 无可加性，如 p、T 物理量 状态参量——描述系统状态的独立变量 平衡态——状态参量不随时间变化——热动平衡 第*页 共32页 非静态过程：中间状态不是平衡态 准静态过程：过程进行得足够缓慢 （平衡过程）中间状态 ~ 平衡态 三、热力学过程 —— 系统状态变化 气体等温膨胀 例：气体自由膨胀 T 第*页 共32页 1. 容积V 几何角度描述系统 压强 p 力学角度描述系统 V：分子活动空间 理想气体 V = 容器的容积 真实气体 V 容器的容积 单位 1l =1dm3=103cm3 p 大量气体分子垂直作用于器壁表面、单位面积的作用力 单位：帕斯卡（Pa） 1atm=1.013?105Pa 四、状态参量 第*页 共32页 3. 温度T 热力学角度描述系统 T 宏观：物体的冷热程度 微观：分子热运动的剧烈程度 单位：开尔文(K) 4. 摩尔数 化学角度描述系统 状态参量关系 —— 状态方程 5. 系统内能 E 第*页 共32页 五、相平面 相图 以状态参量为坐标变量 ——相平面、相空间。 平衡态——对应相图中的点。 平衡过程——对应相图中的线。 例：等温、等压、等体过程的相图 V V V V V1 V2 V1 V2 O O O p p p p p2 p1 p2 p1 p V O (p,V,T) ? II 第*页 共32页 温度：热平衡下系统的热学性质 第二节 温度 热力学温标 热力学第零定律：处于热平衡的系统具有相同的热运 动状态。 导能 A B C 隔热 温标 —— 温度的数值表示。 定量确定温度的标尺 三要素：测温物质、测温属性、标准点 T = 273.15 + t 热力学温标 —— 不依赖于任何物质特性的温标。也称绝对温标 第*页 共32页 一、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 1.系统内能 E 广义： 系统内所有粒子各种能量总和 平动、转动、振动能量、化学能、原子能、... 不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能 第三节 热力学第一定律及其应用 例：实际气体 理想气体 第*页 共32页 2.内能E是状态函数 内能变化?E只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。 注意：非静态过程不适用 3. 内能变化方式 做功 热传递 二、功和热量 1.准静态过程的体积功 第*页 共32页 示功图： p – V 图上过程曲线下的面积 体积 压强 体积 压强 体积 压强 路径1 路径2 第*页 共32页 思考： 注意：功是过程量 过程不同，曲线下面积不同 （可正、可负、可零） 1 2 dA 第*页 共32页 2. 热量 通过系统内外分子无规则运动交换能量，从而改变系统的内能。 中学 比热容 热容： 摩尔热容： 定容摩尔热容： 定压摩尔热容： 注意 热量是过程量 第*页 共32页 3. A 与 Q 比较 在系统状态变化过程中，A、Q、?E 间数量关系 包含热运动和机械运动范围的能量守恒定律 热力学第一定律 E改变方式 特点 能量转换 量度 做功 热传递 与宏观位移相联系，通过非保守力做功实现 机械 运动 热运动 A 与温差相联系， 通过分子碰撞实现 热运动 热运动 Q 效果 引起系统内能变化 第*页 共32页 三、热力学第一定律 1. 数学形式 系统从外界吸热 = 内能增量+系统对外界做功 A Q E1 E2 理想气体： 准静态： dQ=dE+pdV 微小过程： dQ=dE +dA 第*页 共32页 2. 物理意义 涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。 3.其他表述 第一类永动机是不可能制成的 第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初态，不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功 违反热力学第一定律 即： A E 第*页 共32页 四、 对理想气体的应用 等值过程 等体过程 等压过程 等温过程 绝热过程 1) 过程方程 查理定律 1. 等体过程 (dV = 0, V = C ) 第*页 共32页 2) 热力学第一定律的具体形式 吸热全部用于增加内能： 1)过程