1、2018/9/27 第一篇 热 学 2018/9/27 2 1.2 准静态过程的功 热力学第一定律 1.3 热力学第一定律对理想气体的应用 1.4 循环过程 卡诺循环 1.5 热力学第二定律与不可逆过程 1.6 克劳修斯不等式与熵 1.7 热力学第二定律的数学表述 1.1 温度与状态方程 2018/9/27 3 1. 1 、温度与状态方程 二、状态参量 : 1 、气体所占的体积 V: 3 m 一、宏观与微观 : 热学中 , 能为我们感官所察觉的物体称为热力 学 系统 . 以外的物体统称 外界 。 表征系统状态和属性的物理量称 宏观量 , 它可以直接 用仪器测量。 描述一个微观粒子运动状态的物理
2、量叫 微观量 为描写热力学系统的状态所引入的宏观参量为状态参量 . 孤立系统 、封闭系统 与 开放系统 . 2 、压强 P: 帕 2 m N P a = 研究对象与研究方法的特征 : 2018/9/27 4 过程 : 气体从一个状态变化到另一个状态 , 其间所经历 的过渡方式称为 状态变化的过程 . 平衡过程 : 如果过程所经历的所有中间状态都无限接近 平衡状态 , 该过程称为 平衡过程 或称 准静态过程 . 三、平衡态与平衡过程 : 在不受外界影响的条件下一个 , 系统的宏观性质不随时间改变的状态。 - 平衡态 . 热动平衡 : 热力学的平衡态与力学时平衡态的比较 . 确定一个热力学系统的平
3、衡态所需使用的状态参量 : 1) 力学参量 : 如 : 压强 2) 几何参量 : 如 : 体积 3) 化学参量 : 如 : 摩尔数 4) 电磁参量 : 如 : 电场强 度 ; 极化强度等 使用这四类参量就可以完全确定一个热力学系统的状态 . 对简单系统只用 体积和压强这两个参量 就可确定它的一个平衡态 . 2018/9/27 5 四、热平衡与温度 : 1. 热平衡 : A B 绝热板 A 、 B 两体系互不影响 各自达到平衡态 A B 导热板 A 、 B两体系的平衡态有联系(达到共同的平衡状态 - 热平衡 ) A 、 B两体系这时有共同的宏观性质， 称为系统的温度 . 热平衡定律 : 同时与第
4、三个系统达到 热平衡的两个系统若进行热接触 则它们也一定处于热平衡状态中 . 2. 温度与温标 : 处于 热平衡 的多个系统 具有相同的温度 , 温度是 可以用来衡 量热力学系统是不是达到 热平衡 的具有 标志性的物理量 . 2018/9/27 6 温度的 数值表示 被称为 温标 . 常用温标 : 摄氏温标 ; 华氏温标 ; 热力学温标 ; 理想气体温标等 . 温标的三个要素 : 1) 被选定的某种测温物质 . 2) 该种测温物质的测温属性并确定其随温 度变化的函数关系 . 3) 选定的某些确定的温度的值 . 例 : 摄氏温标 : 被选定的 测温物质 是 水银 . 被使用的水银的测温属性是其
5、体积随温度 的升高而膨胀 .并确定其体积随温度的升高 线性增加 . 被选定 确定的温度的值 是 : (1)规定一个大气压下 冰水混合物 的温度为 零度 . (2)规定一个大气压下水的沸腾时 沸点 的温度为 100度 . 这时水银体积随温度变化的函数关系为 : 100 0 100 0 V V t V V - = - 2018/9/27 7 五、理想气体的状态方程 : 1) 状态方程 : 设简单系统 A与 B处于热平衡则必有 : TTTpVgpVg BABBBAAA = ),(),(0),( =- AAAA TpVg0),( =- BBBB TpVg0),( =AAAA TpVf0),( =BBB
6、B TpVffA(或 fB)称为系统 A(或 B)的状态方程 . 2) 理想气体状态方程 : 2 2 2 1 1 1 T V P T V P = RT RT M PV n = = nKT P = 为单位体积内的数密度 n K J k K mol J R / 10 38 . 1 / 31 . 8 23 - = . = 2018/9/27 8 六、理想气体准静态过程的图形表示 : P F P F P 0 T RTMPV =P 0 V PVT P V T V 0 T P-V图上一个点 一个平衡态 一个过程能在 P-V图上用一条线描述 准静态过程。 2018/9/27 9 1.2 准静态过程的功 热力
7、学第一定律 P1 F P2 F x dx rFW dd =P 0 V = 21 dVV VPWP1V1 P2V2 iPSF =系统作功 xPSW dd =活塞位移 idx VP d=P1V1 P2V2 dV 0 dW 0 系统作正功 dW0 VRTP n=A 一、准静态过程的功 : -= 21 dVV VPW外界作功 VPdW d-=2018/9/27 10 二、系统的内能 : 焦耳实验 W绝热 = U2 - U1= U 绝热壁 结论 :内能是系统热力学状态的单值函数，其变化可以用系统绝热时，外界对系统 所作的功来量度。 理想气体的内能是温度的单值函数。 W绝热 = 只由系统的初态与终态确定 , 与其所经历的过程无关 . U1和 U2分别称为该热力学系统初态与终态的内能 . 气体动理论的分析告诉我们 : 内能定理 :
