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大学物理课件热力学

热力学基本概念与定律热力学第二定律与熵增原理理想气体状态方程与过程分析热力学在日常生活和工程应用中的实例热力学前沿研究领域介绍与展望contents目录

01热力学基本概念与定律

热力学系统及其分类孤立系统封闭系统开放系统与外界有能量交换但无物质交换的系统。与外界既有能量交换又有物质交换的系统。与外界既无物质交换也无能量交换的系统。

在不受外界影响的条件下，系统各部分的宏观性质长时间内不发生变化的状态。系统由一个平衡态转变到另一个平衡态所经历的全部过程。热力学平衡态与过程热力学过程平衡态

热力学第零定律与温度概念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，那么这两个系统彼此之间也必定达到热平衡。温度概念表征物体冷热程度的物理量，是物体内分子间平均动能的一种表现形式。

热力学第一定律热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。能量守恒在一个孤立系统中，不论发生何种变化或过程，其总能量始终保持不变。热力学第一定律与能量守恒

02热力学第二定律与熵增原理

03热力学第二定律的微观解释与热现象有关的宏观自然过程总是自发地向着分子热运动无序性增大的方向进行。01热力学第二定律的两种表述开尔文表述和克劳修斯表述。02热力学第二定律的意义揭示了自然界中与热现象有关的宏观过程的方向性。热力学第二定律表述及意义

在孤立系统中，一个自发的过程总是向着熵增加的方向进行。熵增原理判断一个过程是否自发进行，可以通过计算系统的熵变来判断。若熵变大于零，则过程自发进行；若熵变小于零，则过程不自发进行。熵判据应用熵增原理及熵判据应用

可逆过程系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统和环境都完全复原（即系统回到原来的状态1，同时消除了原来过程对环境所产生的一切影响，环境也复原），则这样的过程称为可逆过程。不可逆过程不能用可逆的手段使系统由终态回到初态的过程，称为不可逆过程。可逆过程与不可逆过程的区别可逆过程是理想化的抽象，严格来讲现实中并不存在（但它在理论上、计算上有着重要意义）；大量事实表明，与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。可逆过程与不可逆过程分析

热机效率计算热机效率等于热机所做的有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比。制冷系数计算制冷系数等于制冷量（从低温物体吸热）与输入功率之比。热机效率及制冷系数计算

03理想气体状态方程与过程分析

理想气体状态方程pV=nRT，其中p为压强，V为体积，n为物质的量，R为气体常数，T为热力学温度。理想气体假设分子本身不占体积，分子间无相互作用力，分子运动遵循牛顿运动定律。适用范围在温度不太低、压强不太大的情况下，许多气体可近似看作理想气体。理想气体状态方程介绍030201

等温过程温度保持不变的过程。在等温过程中，理想气体的内能不变，吸收的热量全部转化为对外做功。等压过程压强保持不变的过程。在等压过程中，气体的体积与热力学温度成正比。等容过程体积保持不变的过程。在等容过程中，气体不对外做功，吸收的热量全部转化为内能的增加。等温、等压、等容过程分析

绝热过程及多方过程探讨系统与外界没有热量交换的过程。在绝热过程中，理想气体的内能变化完全由做功引起。绝热过程既非等温、等压、等容，也非绝热的过程。多方过程的特征是气体的状态参量按一定的比例变化。多方过程

循环过程系统从某一状态出发，经过一系列变化后回到原始状态的过程。在循环过程中，系统的内能不变。热机效率热机从单一热源吸收的热量与向外界输出的有用功之比。提高热机效率是热力学研究的重要课题之一。制冷系数制冷机在单位时间内从低温热源吸收的热量与向高温热源排放的热量之比。制冷系数反映了制冷机的制冷效率。理想气体循环过程研究

04热力学在日常生活和工程应用中的实例

VS空调通过制冷剂的循环，利用蒸发吸热和冷凝放热的原理实现室内降温。节能技术采用高效压缩机、优化换热器设计、智能控制等技术手段，提高空调制冷效率，降低能耗。制冷原理空调制冷原理及节能技术探讨

汽车发动机通过燃料燃烧产生高温高压气体，推动活塞运动，从而驱动汽车行驶。采用先进的燃烧技术、提高压缩比、优化进排气系统等方法，提高发动机热效率，降低油耗和排放。工作原理优化设计汽车发动机工作原理及优化设计

热力学问题火箭发射过程中涉及高温高压燃气的生成和排放，以及燃烧室热防护等热力学问题。解决方案采用高性能燃料、优化燃烧室设计、提高喷管效率等技术手段，确保火箭发射过程中的热力学问题得到有效解决。火箭发射过程中的热力学问题

利用燃料燃烧产生的高温高压蒸汽驱动汽轮机转动，带动发电机发电。热力发电热泵技术热管技术利用热泵原理，将低温热源的热能提升后供给用户，实现节能和环保。利用热管内部工质的相变传热原理，实现高效、快速的热传递。