9 热力学基础.ppt

大学物理（下） 综合实验楼 工业革命 热平衡、热力学第零定律 理想气体 忽略分子间相互作用力  将孔明灯简化为圆柱：设灯的质量为M，体积为V，底面积为S，大气压强为P，温度为T； 讨论：热量也是一个程量 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量,一部分增加系统的内能, 另一部分用来对外界做功 . 准静态过程 微小过程 1 2 * * 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 热运动能量 9-2-3 准静态过程中热量、功和内能 2013年8月28日11时26分 P V （P1,V1） （P2,V2） （P1,V1） （P2,V2） P V P V （P1,V1） （P2,V2） I II III 系统做功的大小与过程 有关，功是一个过程量。 结论：系统所做的功在数值上等于P-V 图上过程曲线以下的面积。 例：v mol理想气体保持温度T不变，体积从V1准静态变到V2，求等温过程的功。 2013年8月28日11时26分 （2）准静态过程中热量的计算 热容量：物体温度升高一度所需要吸收的热量。 比热：单位质量物质热容量。 单位： 摩尔热容量：1 mol 物质的热容量。 2013年8月28日11时26分 定体摩尔热容： 1 mol 理想气体在体积不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。 定压摩尔热容： 1mol 理想气体在压强不变的状态下，温度升高一度所需要吸收的热量。 （ i 为分子的自由度数） 单原子气体： i 3 , 氦、氖 双原子气体：i 5 ，氢、氧、氮 多原子气体：i 6 ，水蒸汽、二氧化碳、甲烷 3 定体摩尔热容与定压摩尔热容的关系 迈耶公式： 结论： 同一状态下1摩尔的理想气体温度升高1K，等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31 J。 比热容比： 单原子分子： 双原子分子： 为什么会有温度、压强、固体有不同的相？这都是热力学研究、讨论对象。 海水吸收热量的本领要比陆地强得多，辐射到海洋上的太阳热量很少被反射回去，大部分被海水吸收，并通过海水的波动，把热量存贮在海洋内部。 第9章 热力学基础 §1 热力学基本概念 §2 热力学第一定律 §3 热力学第一定律的应用 §4 循环过程 §5 热力学第二定律 作业： 课后习题 课堂例题 十七世纪以前，人们对热现象已有了一些认识和经验， 并在生活中得到广泛应用，但由于缺乏量的概念和实验 手段，热学长期未能从生活中独立出来形成一门科学。 到十八世纪初，欧洲的工业比较发达，许多生产部门如蒸气机的研制和使用，化工、铸造等工业都涉及到热量的问题，但当时人们对温度和热量这两个热学的基本概念还混淆不清，由于蒸汽机的发明和不断研究，因此在十八世纪，热学就成为物理学中一个新发展起来的领域。 从能量的观点出发，运用逻辑推理的方法，分析研究物质状态变化过程中热、功转换的关系和条件问题。 对热运动研究 热力学基本规律 实验与逻辑推理 宏 观 热力学基本原理 思考：生活中热现象 1、一壶水开了，水变成了水蒸气。 2、温度降到0℃以下，液体的水变成了固体的冰块。 3、气体被压缩，压强增大。 4、物体被加热，物体的温度升高。 热现象 §1 热力学的基本概念 热力学系统：在热力学中，一般把所研究的物体或物体组称为热力学系统，简称系统。 9-1-1 热力学系统 热力学研究的对象 ? 热力学系统 它包含极大量的分子、原子。以阿佛加德罗常数 NA 6.02×1023 计。 热力学系统以外的物体称为外界。 例：若汽缸内气体为系统， 其它（如：活塞、缸壁）为外界。 孤立系统、封闭系统、开放系统 状态参量：描述热力学系统状态的物理量。 描述气体的状态参量：温度、压强和体积 垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。 压强（P）： 温度（T）： 温度是表征在热平衡物态下系统宏观性质的物理量。 体积（V ）： 气体分子自由活动的空间。 两热力学系统相互接触，与外界没有热量交换，当经过了足够长的时间后，它们的冷热程度不再发生变化，则我们称两系统达到了热平衡。 热力学第零定律： 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也处于热平衡。 A B C A B C 思考： 孤立系统？ 封闭系统？ 开放系统？ 9-1-2 平衡态 准静态过程 平衡态：一个孤立系统，其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变（即其状态参量不再随时间改变）的状态。 注意：如果系统与外界有能量交换，即使系统的宏观性质不随时间变化，也不能断定系统是否处于平衡态。 思考：两个封闭系统相互接触，温度相同，并其他状态参量不随时间改变时，是否是平衡态？ 课堂讨论题 关于平衡态 1 什么叫平衡态?如