大學(xué)物理第9章熱力學(xué)基礎(chǔ)(熱一)(已修改)
2025-07-01 12:21 本頁(yè)面
【正文】 1 第 9章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 本章將就熱力學(xué)基礎(chǔ)展開討論，著重介紹熱力學(xué)第一、第二定律及其應(yīng)用，并從統(tǒng)計(jì)的角度對(duì)熱力學(xué)第二定律進(jìn)行討論。 應(yīng)該注意的是，熱力學(xué)的出發(fā)點(diǎn)及研究方法與氣體動(dòng)理論不同， 它不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，只從普遍成立的基本實(shí)驗(yàn)定律出發(fā)，特別是用能量守恒的實(shí)驗(yàn)定律，分析熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)有關(guān)熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系和條件。 2 1. 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 原平衡態(tài) 一系列 非平衡態(tài) 新平衡態(tài) ← 緩慢 接近平衡態(tài) ← 快 非平衡態(tài) 內(nèi)能、功和熱量 每一時(shí)刻系統(tǒng)都無(wú)限接近于平衡態(tài)的過(guò)程。 由一系列依次接替的平衡態(tài)組成。 對(duì) “ 無(wú)限緩慢 ” 的實(shí)際過(guò)程的近似描述。 3 2. 內(nèi)能 (? :摩爾數(shù) 。 i :自由度 。單 雙 多 6 。 ) pViRTiE 22 ?? ? 內(nèi)能是狀態(tài)量 TRiE ??? 2? 機(jī)械功 電源 R 電功 水 水 有規(guī)則動(dòng)能 ?分子 無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能 做功的微觀本質(zhì)： 內(nèi)能改變與過(guò)程無(wú)關(guān) 4 ??21dVVVp? ??21d lSps ? ??21d lFA?? 若 A0 系統(tǒng)對(duì)外界做功 若 A0 外界對(duì)系統(tǒng)做功 （ 1）準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程氣體體積功的計(jì)算： （ 2） 準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功的圖示 下的面積曲線 ABVpVV? ??? 21dpVp1V Vd 2VAB這是體積功的幾何意義。 例如 : ? 摩爾理想氣體從狀態(tài) 1?狀態(tài) 2， 求氣體對(duì)外所做的功是多少？ 功是過(guò)程量 5 ? ???21d/VVVVRT?p ),(11 VpV),( 22 VppV),( 11 Vp),( 22 VppV),( 11 Vp),( 22 Vp是否一定作正功？的過(guò)程思考：從 BA ?pV??AB??21dVVVpAA＝ p1(V2V1) A＝ p2(V2V1) 等溫線 ? ?12 /ln VVRT??6 ?傳熱也可以改變系統(tǒng) 的熱力學(xué)狀態(tài)。 ?傳熱的微觀本質(zhì)是： 分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的能量 從高溫物體向低溫物體傳遞。 ?熱量也是 過(guò)程量。 dQ 系統(tǒng) 外界 Qd?熱量是 由于溫度差而傳遞的能量。 功和熱量之間存在著確定的當(dāng)量關(guān)系 —— 熱功當(dāng)量，為 1cal＝ 。 傳熱也可改變系統(tǒng)的狀態(tài) 傳熱條件：系統(tǒng)和外界溫度不同，且不絕熱。 7 熱量是過(guò)程量，熱容與過(guò)程有關(guān)。 ① 定壓摩爾熱容 pp TQC ???????dd?1 （壓強(qiáng)不變） ② 定體摩爾熱容 VV TQC???????dd?1 （體積不變） 在熱量傳遞的的某個(gè)微過(guò)程中，熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量 dQ，溫度升高 dT，則系統(tǒng)在該過(guò)程中的熱容定義為： C′=dQ/dT。單位： J/K 單位質(zhì)量的熱容稱為比熱，記作 c=C′/M 單位摩爾的熱容稱為摩爾熱容，記作 C=C′/ν 單位： J/kgK 單位： J/molK 8 ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果： 對(duì)于任一過(guò)程 另一 敘述： 第一類永動(dòng)機(jī) 是不可能制成的。 ? 對(duì)于任微小過(guò)程 熱力學(xué)第一定律適用于 任何系統(tǒng) (氣液固 …… ) 的任何過(guò)程 (非準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程也適用 )。 AEQ ???符號(hào)規(guī)定 : Q 0 系統(tǒng)吸熱 ?E 0 系統(tǒng)內(nèi)能增加 A 0 系統(tǒng)對(duì)外界做功 AEQ ddd ??? 熱力學(xué)第一定律是反映熱現(xiàn)象中 能量轉(zhuǎn)化與守恒的定律。 熱力學(xué)第一定律 9 例 : 一系統(tǒng)由圖所示狀態(tài) a沿 acb到達(dá)狀態(tài) b，系統(tǒng)對(duì)外做功為 126J，吸熱為 336J。 (1) 若在 adb過(guò)程中系統(tǒng)作功為 42J，問(wèn)此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量是多少？ (2) 若系統(tǒng)從 b態(tài)出發(fā)，沿 ba曲線返回 a態(tài)時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功為 84J。問(wèn)此過(guò)程中系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量是多少？ pVOac bdJ3 3 6,J1 2 6: ?? a c ba c b QA已知解J2 1 01 2 63 3 6 ???????? AQEEE abJ25242210)()1( ?????? a d baba d b AEEQ.吸收熱量在此過(guò)程中系統(tǒng)從外界J29484210)()2( ???????? bababa AEEQ.放出熱
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