统计热力学课件第一章-1.ppt

导 言 热力学与统计物理学的对象和任务。 热力学方法的局限性： 结论与物质的具体结构无关，不能导出具体物质的特性。不考虑物质的微观结构，用连续函数表达物质性质，不能解释涨落现象等。 §1.1 热力学系统的平衡态及其描述  等温膨胀过程是从单一热源吸热作功，而不放出热量给其它物体.但气体体积膨胀. 卡诺致冷机把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化. 1、 热力学第二定律是大量实验和经验的总结. 2、热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性. 3、热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性. 4、热力学第二定律可以概括为：一切与热现象有关的实际自发过程都是不可逆的。 §1.11 卡诺定理 卡诺定理： 所有工作于两个一定温度间的热机，以可逆机效率最高。 §1.12 热力学温标 可逆热机的效率只与热源温度有关 该温标不依赖于任何物质的特性，是一种绝对温标，称为热力学温标。 内能 § 1-5 热力学第一定律 焦耳实验 内能 内能（微观）:系统内部分子无规则运动的能量总合的统计平均能，包括分子无规运动动能，分子间相互作用势能和分子内部运动能量。也可包括分子在外场中的势能。 内能决定于系统内部热运动状态，是态函数。 内能是广延量。 内能 内能变化由初末态决定，与具体过程无关；功和热都是过程量。 内能可以有一个任意的相加数。 做功和热传递均可以改变系统的内能。 热力学第一定律 任何热力学过程必须满足的规则； 非平衡状态，将系统划分为很多小的部分，每部 分可处在平衡状态，有内能Ui，则系统的内能为 各部分的内能的和。 第一类永动机是不可能造成的。 不是态函数，是过程量，微小过程是微分式而不是全微分 不需要外界供给能量而可以不断对外作功。 § 1-6 热容量和焓 系统在某一过程中温度升高1K所吸收的热量. 热容量是一个广延量。 摩尔热容量： 热容量 n摩尔的系统的热容量： 比热容： 等容过程： 热容量 特征： 系统对外界不作功，系统吸收的热量全部用来增加系统的内能。 等压过程： 热容量 过程方程： 特征： 系统吸收的热量一部分用来增加系统的内能，另一部分使系统对外界作功。 定压热容量（等压过程）： 令 H = U + pV 称之为焓 它也是一个态函数，而且是广延量。 对于等压过程： ΔH =ΔU + pΔV 等压过程系统从外界吸收的热量等于焓的增值。 §1.7 理想气体的内能 可以通过作功、传热等方式，把外界的能量传给气体。如果外界对气体作正功，同时气体又吸收热量，根据能量守恒定律，气体的能量必然增加。 从宏观上看，气体增加的能量表现在哪里呢？ 气体变热了，温度升高了！ 从微观上看，气体增加的能量又表现在哪里呢？ 气体分子运动的机械能！ 气体分子运动的动能与分子之间的势能、分子内部原子振动的动能与原子间的势能，总称为气体的内能. 一、焦耳实验 气体做自由膨胀 结果：水的温度不变 分析： 自由膨胀： 温度不变： 结论：过程中内能不变 焦耳系数。表示内能不变过程温度随体积的变化。 气体内能只依赖于温度，与体积无关——焦尔定律 二、理想气体的热容量 理想气体的焓也只与温度有关。 §1.8 理想气体的绝热过程 一、绝热过程方程 W d Q d dU + = W=-pdV d dU=CVdT 绝热线(adiabat)和等温线(isotherm) 二、其它等值过程 §1.9 理想气体的卡诺循环 讨论以理想气体为工作物质的热机效率. 热机：利用循环过程持续地将热量转变为功的机器. 工作物质（工质）：热机中被利用来吸收热量并对外做功的物质. 一、理想气体在等温过程和绝热过程所作的功 1、摩尔理想气体作准静态的等温过程 2、摩尔理想气体作准静态的绝热过程 二、理想气体卡诺循环效率的计算 1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环—卡诺循环. 给出了热机效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理. 卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成. 结论：卡诺热机的效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高. 卡诺致冷机（卡诺逆循环） a.卡诺循环必须有高温和低温两个热源. b.卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关.T2愈低或 T1愈高，卡诺循环的效率愈大。工程上一般采取提高高温热源温度的方法来提高热机的效率. c.卡诺循环的效率总是小于1。 图中两卡诺循环效率相等吗？ §1.10 热力学第二定律 热力学第一定律 一切热力学过程都应满足能量守恒。 满足能量守恒的过程是否一定都能进行? 自然界一切