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大学物理讲义(八) 目 录 第八章 热力学基础 §8-0 热力学系统 热力学过程 §8-1 内能 功 热量 准静态过程 §8-2 热力学第一定律 §8-3 i.g 的等体过程和等压过程 定体摩尔热容和定压摩尔热容 §8-4 i.g 的等温过程与绝热过程 §8-5 循环过程 §8-6 热力学第二定律 §8-8 卡诺循环 卡诺定理 §8-9 熵 熵增加原理 第八章 热力学基础 热力学：由观察和实验总结、归纳出来的热现象宏观理论。 热力学是从研究热和功之间的相互转化而形成，是从能量守恒和转化的观点来研究物质热现象和热运动规律的一门学科。热力学的研究方法是宏观的方法，其基本规律(热力学第一、二定律)都是大量实验事实的总结。 研究对象：一定质量的理想气体及其经历的准静态过程。 重点：热力学第一定律～用能量守恒的观点来研究热力学系统的状态参量变化时，热量、内能和功三者的关系。 8-0 热力学系统 热力学过程 一. 热力学系统 热力学的研究对象叫做热力学系统，由大量的分子组成，可以是一定质量的气体、液体或固体，本章主要研究理想气体构成的热力学系统所遵循的规律。 1. 一般系统：与外界有功及热量交换的热力学系统。 2. 透热系统：与外界无功但有热量交换的热力学系统。 3. 绝热系统：与外界有功但无热量交换的热力学系统。 4. 孤立系统(也称封闭系统)：与外界既无功也无热量交换的热力学系统。 二. 热力学过程 热力学过程：热力学系统的状态随时间变化的过程。 1. 自发过程：与外界无关，不借助外界的帮助自动进行的过程。描述孤立系统由非平衡态到平衡态的过程。 2. 非自发过程：在外界帮助下进行的过程(外界强迫进行)。 一个过程是自发过程还是非自发过程与系统的选取有关。 3. 准静态过程：过程中的每个状态都可近似看作平衡态。 准静态过程一定是进行的无限缓慢的过程，可以在p?V图上用一条曲线表示。 4. 非静态过程：在系统经历的过程中，各状态(只要有一个)不能近似看成平衡态的过程。 5. 按特征分类的过程有： 等体过程；等压过程；等温过程；绝热过程。 可以通过作功或热传递来改变系统的内能。在热传递过程中系统吸收(或放出)的能量叫做热量。功和热量都是系统内能变化的量度，其量值与过程有关，都是过程形式的函数。说“系统中的热量或功”是没有明确意义的。 8-2 热力学第一定律 热力学第一定律是包含热现象在内的能量守恒与转换定律，适用于任何系统的任何过程，不论是气体、液体还是固体的热力学统，也不论是否为准静态过程。该定律也可以表述为“第一类永动机是造不成的”。 数学形式为：Q = ?E + W 上式中各物理量符号的规定：Q0系统吸热，Q0系统放热；?E0系统内能增加，?E0 系统内能减小；W0系统对外界作功，W0外界对系统作功(系统对外作负功)。 如果研究对象是理想气体(以后用i.g表示)，且经历了一个准静态过程，则有下式成立： 例1：一物质系统从外界吸收一定的热量，则系统的温度(A)一定升高。(B)一定降低。(C)一定保持不变。(D)可能升高，也可能降低或保持不变。 解：由Q = ? E + W，系统吸热的过程可能有多种情况：1．内能增加而不对外作功；2．内能增加同时又对外作功；3．吸热同时外界又对系统作功使内能增加；4．对外作功而内能 不变；5．吸热同时消耗内能而对外作功；等等。选(D) 例2：1 mol的单原子分子i.g从状态A变为状态B，如果不知是什么气体，变化过程也不知道，但A、B两态的压强、体积和温度都知道，则可求出气体 (A)所作的功。(B)内能的变化。(C)传给外界的热量。(D)质量。 解：热量、功都与过程有关，可以求出状态函数内能的变化。 例3：将一种气体放入A、B两个完全相同的气缸内，设初始状态相同，今使它们绝热压缩至相同的体积，其中A为非准静态过程，B为准静态过程。比较这两种情况的温度变化： (A)?TA= ?TB，(B)?TA?TB，(C)?TA?TB，(D)?TA= ?TB= 0。 例4：图中acf为绝热线，i