大学物理热力学(课件)-精选版.ppt

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第四章 热力学 《大学物理》多媒体教学课件 Chapter 4 Thermodynamics * Chapter 4 热力学 热力学和分子动理论(气体动理论是其中的一部分)的研究对象都是宏观物体的热现象。 从物质的微观结构入手 本章重点讨论热力学第一、第二定律及其应用,并介绍热力学函数:熵等。 以宏观系统为对象 运用统计的方法 能量守恒和转换定律等 研究气体分子微观量的统计平均值与宏观量之间的关系 研究宏观物理量之间的关系 更深刻地揭示了热现象的规律及其微观本质。 来自实践的定律印证了理论的正确性。 分子动理论 热力学 * Chapter 4 热力学 热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。 热力学第一定律: 包括热现象在内的能量守恒与转换定律 热力学第二定律:实际过程进行的方向和限度问题 一、热力学系统 ① 孤立系统—— ② 封闭系统—— ③ 开放系统—— 与外界既无物质交换也无能量交换 热学研究的对象,由大量分子原子组成,简称系统。 与外界只有能量交换没有物质交换 与外界既有物质交换也有能量交换 系统以外的物质称为外界(环境)。 由系统与外界(环境 )的关系: §4-1 热力学第一定律 * §4-1 热力学第一定律 ① 孤立系统—— ② 封闭系统—— ③ 开放系统—— 与外界既无物质交换也无能量交换 与外界只有能量交换没有物质交换 与外界既有物质交换也有能量交换 由系统与外界(环境 )的关系: 二、平衡态 O P V P – V 图 F 1 2 图中一个点对应一个平衡态 平衡态 : 热力学系统如果与外界没有能量交换,内部也不发生任何形式的能量转化,经过足够长的时间后,可达到宏观性质稳定的状态,这一状态称为平衡态。(热动平衡) P1 P2 * §4-1 热力学第一定律 二、平衡态 O P V P – V 图 F 1 2 图中一个点对应一个平衡态 平衡态 : 热力学系统如果与外界没有能量交换,内部也不发生任何形式的能量转化,经过足够长的时间后,可达到宏观性质稳定的状态,这一状态称为平衡态。(热动平衡) P2 三、热力学过程 系统的宏观状态随时间的变化过程称为热力学过程,简称过程。 过程的发生必然导致平衡态的破坏——任何实际过程都无法在P-V 图上表示。 * §4-1 热力学第一定律 O P V F 1 2 三、热力学过程 系统的宏观状态随时间的变化过程称为热力学过程,简称过程。 准静态过程 系统在变化的过程中所经历的每一中间状态都无限接近平衡态——准静态过程 一个准静态过程对应P-V图中一条曲线 过程的发生必然导致平衡态的破坏——任何实际过程都无法在P-V 图上表示。 * §4-1 热力学第一定律 O P V F 1 2 准静态过程 系统在变化的过程中所经历的每一中间状态都无限接近平衡态——准静态过程 一个准静态过程对应P-V图中一条曲线 说明: (1)准静态过程是一个理想过程。实际过程在进行的 “ 足够缓慢 ” 时,系统在任一时刻都无限接近平衡态,这样的过程才可能是准静态过程。 足够缓慢:恢复平衡时间(弛豫时间)无限接近过程进行的时间。 (2)只有平衡过程才能用P—V图描述 * 状态1到状态2气体对外界做功: 四、功、热、内能 气体对外界作元功为: 以气体膨胀过程为例: 1、功 (work) 讨论: (1) dA= pdV在p-V图上对应曲线下窄条面积, (2)气体对外界做功与过程有关,功是过程量。(如图沿着虚线与沿着实线做功不同。) P V 1 2 dV P A对应曲线下V1→V2 间的面积。 * 两系统间由于温度不同所传递的能量的多少就叫热量,用Q表示,传递热量可以改变系统的状态。 (2)做功、传热都是能量变化的量度,是过程量。 (1) Q=cM(T2-T1)c—比热(J/kg·K); 说明: 2、 热量 (heat) Q=cμ(T2-T1)=C(T2-T1) C—摩尔热容(J/mol ·K) 做功:通过宏观的有规则运动(如机械运动、电流运动)与系统内分子的无规则运动来完成的能量交换 ,亦称宏观功。 传热:通过接触面上分子的相互碰撞来完成的能量交换,不涉及是否发生宏观位移,亦称微观功。 (3)做功与传热的区别: * 3、内能 (internal energy) 热力学系统在一定的状态下,具有一定的能量,称为热力学系统的内能。 (2)内能的变化只决定于初末两个状态,与所经历的过程无关,即内能是系统状态的单值函数,E=f(T、V),是状态量。 (1)系统的内能就是系统中所有分子的热运动

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