大學(xué)物理之熱力學(xué)第一定律課件

用戶名：college_physics@密碼：daxuewuli公共信箱：用戶名：college_physics@公1大學(xué)物理（下）內(nèi)容提要熱學(xué)光學(xué)近代物理熱力學(xué)定律氣體動(dòng)理論干涉衍射幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)偏振量子物理狹義相對(duì)論大學(xué)物理（下）內(nèi)容提要熱學(xué)光學(xué)近代物理熱力學(xué)定律氣體動(dòng)理2第九章熱力學(xué)基礎(chǔ)第九章熱力學(xué)基礎(chǔ)3§9-1熱力學(xué)的基本概念9-1-1熱力學(xué)系統(tǒng)在熱力學(xué)中把要研究的宏觀物體（氣體、液體、固體）稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。外界：系統(tǒng)以外與系統(tǒng)有著相互作用的環(huán)境。孤立系統(tǒng)：與外界不發(fā)生任何能量和物質(zhì)的熱力學(xué)系統(tǒng)。封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而沒(méi)有物質(zhì)交換的系統(tǒng)?！?-1熱力學(xué)的基本概念9-1-1熱力學(xué)系統(tǒng)在熱4狀態(tài)參量：描述熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。描述氣體的狀態(tài)參量：壓強(qiáng)、體積和溫度。垂直作用在單位容器壁面積上的氣體壓力。壓強(qiáng)（P）：國(guó)際單位：帕斯卡（Pa=N/m2）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.01325×105（Pa）=760mmHg狀態(tài)參量：描述熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。描述氣體的狀態(tài)參量：壓5體積(V)：氣體分子自由活動(dòng)的空間。國(guó)際單位：米3（m3）溫度(T)：溫度是表征在熱平衡狀態(tài)下系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量。攝氏溫標(biāo)：t℃熱力學(xué)溫標(biāo)：TK

水的冰點(diǎn)——0℃水的沸點(diǎn)——100℃絕對(duì)零度：T=0K

t=-273.15℃體積(V)：氣體分子自由活動(dòng)的空間。國(guó)際單位：米3（m369-1-2平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程平衡態(tài)：一個(gè)孤立系統(tǒng)，其宏觀性質(zhì)在經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)的時(shí)間后保持不變（即其狀態(tài)參量不再隨時(shí)間改變）的狀態(tài)。注意：如果系統(tǒng)與外界有能量交換，即使系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，也不能斷定系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)。9-1-2平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程平衡態(tài)：一個(gè)孤立系統(tǒng)，其宏7熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。P準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的過(guò)程曲線可以用P-V圖來(lái)描述，圖上的每一點(diǎn)都表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)。(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVO(PC,VC,TC)熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。P準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)89-1-3理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：在任何情況下都嚴(yán)格遵守“波-馬定律”、“蓋-呂定律”以及“查理定律”的氣體。（質(zhì)量不變）9-1-3理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：在任何情況下都嚴(yán)格遵9標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：m為氣體的總質(zhì)量。M為氣體的摩爾質(zhì)量。其中：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：m為氣體的總質(zhì)量。其中：10理想氣體狀態(tài)方程：令：R稱為“摩爾氣體常量

”代入：理想氣體狀態(tài)方程：令：R稱為“摩爾氣體常量”代入：11分子質(zhì)量為m0，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。阿伏伽德羅常數(shù)玻耳茲曼常量分子質(zhì)量為m0，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。阿伏伽德羅12

例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為普適氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為答案:pV/(kT)例2:一定量某理想氣體按pV2＝恒量的規(guī)律膨脹，則膨脹后理想氣體的溫度(A)將升高．(B)將降低．(C)不變．(D)升高還是降低，不能確定．例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的13

例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為普適氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為答案:pV/(kT)例2:一定量某理想氣體按pV2＝恒量的規(guī)律膨脹，則膨脹后理想氣體的溫度(A)將升高．(B)將降低．

(C)不變．(D)升高還是降低，不能確定．例3:若室內(nèi)生起爐子后溫度從15℃升高到27℃，而室內(nèi)氣壓不變，則此時(shí)室內(nèi)的分子數(shù)減少的百分比是多少？

答案:4%例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的149-2-1改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩條途徑熱功當(dāng)量?jī)?nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子之間的相互作用勢(shì)能之總和。理想氣體內(nèi)能：理想氣體的內(nèi)能只與分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能有關(guān)，是溫度的單值函數(shù)?！?-2熱力學(xué)第一定律9-2-1改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩條途徑熱功當(dāng)量?jī)?nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)分子15改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火——通過(guò)做功的方式將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為物體的內(nèi)能?？净稹ㄟ^(guò)熱量傳遞提高物體內(nèi)能。改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火——通過(guò)做功的方式16熱量(Q)

：系統(tǒng)之間由于熱相互作用而傳遞的能量。焦耳用于測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)裝置。注意：功和熱量都是過(guò)程量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，通過(guò)做功或傳遞熱量的過(guò)程使系統(tǒng)的狀態(tài)（內(nèi)能）發(fā)生變化。熱功當(dāng)量：1卡=4.186焦耳作功和傳熱對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能效果是一樣的。熱量(Q)：系統(tǒng)之間由于熱相互作用而傳遞的能量。焦耳用于179-2-2熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)描述熱力學(xué)第一定律：包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒和轉(zhuǎn)換定律。

Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示系統(tǒng)所作的功，E表示系統(tǒng)內(nèi)能。熱力學(xué)第一定律微分式：9-2-2熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)描述熱力學(xué)第一定律：包括熱18符號(hào)規(guī)定：1、系統(tǒng)吸收熱量為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。2、系統(tǒng)對(duì)外作功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。3、系統(tǒng)內(nèi)能增加為正，系統(tǒng)內(nèi)能減少為負(fù)。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要外界提供能量，但可以繼續(xù)不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。熱力學(xué)第一定律：“不可能制造出第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)”。符號(hào)規(guī)定：1、系統(tǒng)吸收熱量為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。2、系統(tǒng)對(duì)外作199-2-3準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量、功和內(nèi)能準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功的計(jì)算(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVOdVVAVBdl9-2-3準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量、功和內(nèi)能準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功的計(jì)算(201.

此過(guò)程所作的功反映在P-V圖上，就是曲線下的面積。1V2V12系統(tǒng)對(duì)外界作功，W為正。外界對(duì)系統(tǒng)作功，W為負(fù)。2.系統(tǒng)對(duì)外界作了功，系統(tǒng)的狀態(tài)改變，內(nèi)能也改變“功”是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，功不僅與初、末態(tài)有關(guān)，還與過(guò)程有關(guān)是過(guò)程量。PVdV符號(hào)法則：注意：1.此過(guò)程所作的功反映在P-V圖上，就是曲線下的面21準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量的計(jì)算熱容量：物體溫度升高一度所需要吸收的熱量。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)熱容量。單位：?jiǎn)挝唬簻?zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量的計(jì)算熱容量：物體溫度升高一度所需要吸收的22摩爾熱容量：1mol物質(zhì)的熱容量。定體摩爾熱容：1mol理想氣體在體積不變的狀態(tài)下，溫度升高一度所需要吸收的熱量。自由度概念參考P.41,10-3-1摩爾熱容量：1mol物質(zhì)的熱容量。定體摩爾熱容：1m23定壓摩爾熱容：1mol理想氣體在壓強(qiáng)不變的狀態(tài)下，溫度升高一度所需要吸收的熱量。（i為分子的自由度數(shù)）單原子氣體：i=3,氦、氖雙原子氣體：i=5，氫、氧、氮多原子氣體：i=6，水蒸汽、二氧化碳、甲烷定壓摩爾熱容：1mol理想氣體在壓強(qiáng)不變的狀態(tài)下，溫度升24定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容的關(guān)系邁耶公式：結(jié)論：

同一狀態(tài)下1摩爾的理想氣體溫度升高1K，等壓過(guò)程需要吸收的熱量比等體過(guò)程吸收的熱量多8.31J。比熱容比：?jiǎn)卧臃肿樱弘p原子分子：定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容的關(guān)系邁耶公式：結(jié)論：同一狀態(tài)25微過(guò)程的熱量計(jì)算式：熱量計(jì)算式：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中內(nèi)能變化的計(jì)算設(shè)想一個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程，過(guò)程中系統(tǒng)的體積不變。微過(guò)程的熱量計(jì)算式：熱量計(jì)算式：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中內(nèi)能變化的計(jì)26即有內(nèi)能增量：內(nèi)能：結(jié)論：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)。注意：內(nèi)能是狀態(tài)量，內(nèi)能的增量與過(guò)程無(wú)關(guān)，因此上式適合于任意過(guò)程。即有內(nèi)能增量：內(nèi)能：結(jié)論：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)。271.等體過(guò)程V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，T2T1pV0ab等體過(guò)程中，外界傳給氣體的熱量全部用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，系統(tǒng)對(duì)外不作功?！?-3熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1.等體過(guò)程V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，T2T1p282.等壓過(guò)程p=恒量12p21OVVV等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來(lái)增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用來(lái)對(duì)外做功。2.等壓過(guò)程p=恒量12p21OVVV等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸293.等溫過(guò)程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2III..OV2V1等溫過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功，系統(tǒng)內(nèi)能保持不變。3.等溫過(guò)程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2II30例1一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到達(dá)c。（圖中abc為一直線），求此過(guò)程中：

（1）氣體對(duì)外作的功；（2）氣體內(nèi)能的增量；（3）氣體吸收的熱量。p/atmV/l0321321cba解例1一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到達(dá)c。（圖中abc為31剛性雙原子分子的理想氣體在等壓下膨脹所作的功為W，則傳遞給氣體的熱量是多少？，則W/Q=常溫常壓下，一定量的某種理想氣體(其分子可視為剛性分子，自由度為i)，在等壓過(guò)程中吸熱為Q，對(duì)外作功為W，內(nèi)能增加為剛性雙原子分子的理想氣體在等壓下膨脹所作的功為W，則傳遞給氣32例3.質(zhì)量為2.810-3kg，壓強(qiáng)為1atm，溫度為27℃的氮?dú)狻Ｏ仍隗w積不變的情況下使其壓強(qiáng)增至3atm，再經(jīng)等溫膨脹使壓強(qiáng)降至1atm，然后又在等壓過(guò)程中將體積壓縮一半。試求氮?dú)庠谌窟^(guò)程中的內(nèi)能變化，所作的功以及吸收的熱量，并畫(huà)出P-V圖。解V3V4Vp/atm132V1例3.質(zhì)量為2.810-3kg，壓強(qiáng)為1atm，溫度為233V3V4Vp/atm132V1V3V4Vp/atm132V134等容過(guò)程：等溫過(guò)程：V3V4Vp/atm132V1等容過(guò)程：等溫過(guò)程：V3V4Vp/atm132V135等壓過(guò)程：V3V4Vp/atm132V1等壓過(guò)程：V3V4Vp/atm132V136一、絕熱過(guò)程系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。絕熱過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外做功全部是以系統(tǒng)內(nèi)能減少為代價(jià)的。絕熱方程氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0，W=0，△E=09-3-2絕熱過(guò)程一、絕熱過(guò)程系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。絕熱過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外做37絕熱線與等溫線比較膨脹相同的體積，絕熱過(guò)程比等溫過(guò)程壓強(qiáng)下降得快絕熱線等溫線等溫絕熱絕熱線比等溫線更陡。絕熱線與等溫線比較膨脹相同的體積，絕熱過(guò)程比等溫過(guò)程壓強(qiáng)下降38例:1mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱至體積增大一倍，再等容加熱至壓力增大一倍，最后再經(jīng)絕熱膨脹，使其溫度降至初始溫度。如圖，試求：（1）狀態(tài)d的體積Vd；（2）整個(gè)過(guò)程對(duì)外所作的功;（3）整個(gè)過(guò)程吸收的熱量。解：（1）根據(jù)題意又根據(jù)物態(tài)方程oVp2p1p1V12V1abcd例:1mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱39再根據(jù)絕熱方程（2）先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V1abcd再根據(jù)絕熱方程（2）先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V40（3）計(jì)算整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量有兩種方法方法一：根據(jù)整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量等于各分過(guò)程吸收熱量的和。oVp2p1p1V12V1abcd（3）計(jì)算整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量有兩種方法方法一：根據(jù)整個(gè)過(guò)程41方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2P1P1V12V1abcd方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2P1P429-4-1循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程：

系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列狀態(tài)變化過(guò)程以后，又回到原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程。

§9-4循環(huán)過(guò)程9-4-1循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程：§9-4循環(huán)過(guò)程43循環(huán)特征：E=0凈功：結(jié)論：在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)所做的凈功在數(shù)值上等于p–V圖上循環(huán)曲線所包圍的面積。pVbaIIIpbVbpaVa若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，則此循環(huán)可用p-V圖上的一條閉合曲線表示。循環(huán)特征：E=0凈功：結(jié)論：在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系44循環(huán)過(guò)程的分類(lèi)：正循環(huán)：在p–V圖上循環(huán)過(guò)程按順時(shí)針進(jìn)行逆循環(huán)：在p–V圖上循環(huán)過(guò)程按逆時(shí)針進(jìn)行熱機(jī)：能夠?qū)崿F(xiàn)正循環(huán)的機(jī)器致冷機(jī)：能夠?qū)崿F(xiàn)逆循環(huán)的機(jī)器設(shè)：系統(tǒng)吸熱Q1系統(tǒng)放熱Q2。循環(huán)過(guò)程的熱力學(xué)第一定律：循環(huán)過(guò)程的分類(lèi)：正循環(huán)：在p–V圖上循環(huán)過(guò)程按順時(shí)針進(jìn)459-4-2熱機(jī)和制冷機(jī)工作物質(zhì)：在熱機(jī)中被用來(lái)吸收熱量、并對(duì)外做功的物質(zhì)。熱機(jī)效率：在一次循環(huán)過(guò)程中，工作物質(zhì)對(duì)外作的凈功與它從高溫?zé)嵩次盏臒崃恐取?-4-2熱機(jī)和制冷機(jī)工作物質(zhì)：在熱機(jī)中被用來(lái)吸收熱量、46致冷過(guò)程：外界作功W，系統(tǒng)吸熱Q2，放熱Q1。致冷系數(shù)：制冷系數(shù)：制冷機(jī)從低溫?zé)嵩次〉臒崃颗c外界做功之比。致冷過(guò)程：外界作功W，系統(tǒng)吸熱Q2，放熱Q1。致冷系數(shù)：479-4-3卡諾循環(huán)及其效率1824年，法國(guó)青年科學(xué)家卡諾（1796-1832）提出一種理想熱機(jī)，工作物質(zhì)只與兩個(gè)恒定熱源（一個(gè)高溫?zé)嵩?，一個(gè)低溫?zé)嵩矗┙粨Q熱量。整個(gè)循環(huán)過(guò)程是由兩個(gè)絕熱過(guò)程和兩個(gè)等溫過(guò)程構(gòu)成，這樣的循環(huán)過(guò)程稱為卡諾循環(huán)。9-4-3卡諾循環(huán)及其效率1824年，法國(guó)青年科4812：與溫度為T(mén)1的高溫?zé)嵩唇佑|，T1不變，體積由V1膨脹到V2，從熱源吸收熱量為:23：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，吸熱為零。34：與溫度為T(mén)2的低溫?zé)嵩唇佑|,T2不變，體積由V3壓縮到V4，從熱源放熱為:41：絕熱壓縮，體積由V4變到V1，吸熱為零。12：與溫度為T(mén)1的高溫?zé)嵩唇佑|，T1不變，體積由V149對(duì)絕熱線23和41：對(duì)絕熱線23和41：50說(shuō)明：（1）完成一次卡諾循環(huán)必須有溫度一定的高溫和低溫?zé)嵩矗?）卡諾循環(huán)的效率只與兩個(gè)熱源溫度有關(guān)（3）卡諾循環(huán)效率總小于1卡諾致冷機(jī)：卡諾致冷系數(shù)：說(shuō)明：（1）完成一次卡諾循環(huán)必須有溫度一定的高溫（2）卡諾循51理想氣體卡諾循環(huán)過(guò)程的兩條絕熱線下的面積大小(圖中陰影部分)分別為S1和S2，則二者的大小關(guān)系是：理想氣體卡諾循環(huán)過(guò)程的兩條絕熱線下的面積大小(圖中陰影部分)52例:1mol氧氣作如圖所示的循環(huán).求循環(huán)效率.解:QpVpV000等溫abc02VQQcaabbc2p0例:1mol氧氣作如圖所示的循環(huán).求循環(huán)效率.解:QpVp53例3.210-2kg氧氣作ABCD循環(huán)過(guò)程。AB和CD都為等溫過(guò)程，設(shè)T1=300K，T2=200K，V2=2V1。求循環(huán)效率。DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp解：吸熱放熱例3.210-2kg氧氣作ABCD循環(huán)過(guò)程。AB和54吸熱放熱DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp吸熱放熱DABCT1=300KT2=200KV2V1Vp55大學(xué)物理之熱力學(xué)第一定律課件56用戶名：college_physics@密碼：daxuewuli公共信箱：用戶名：college_physics@公57大學(xué)物理（下）內(nèi)容提要熱學(xué)光學(xué)近代物理熱力學(xué)定律氣體動(dòng)理論干涉衍射幾何光學(xué)波動(dòng)光學(xué)偏振量子物理狹義相對(duì)論大學(xué)物理（下）內(nèi)容提要熱學(xué)光學(xué)近代物理熱力學(xué)定律氣體動(dòng)理58第九章熱力學(xué)基礎(chǔ)第九章熱力學(xué)基礎(chǔ)59§9-1熱力學(xué)的基本概念9-1-1熱力學(xué)系統(tǒng)在熱力學(xué)中把要研究的宏觀物體（氣體、液體、固體）稱為熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱系統(tǒng)。外界：系統(tǒng)以外與系統(tǒng)有著相互作用的環(huán)境。孤立系統(tǒng)：與外界不發(fā)生任何能量和物質(zhì)的熱力學(xué)系統(tǒng)。封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而沒(méi)有物質(zhì)交換的系統(tǒng)?！?-1熱力學(xué)的基本概念9-1-1熱力學(xué)系統(tǒng)在熱60狀態(tài)參量：描述熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。描述氣體的狀態(tài)參量：壓強(qiáng)、體積和溫度。垂直作用在單位容器壁面積上的氣體壓力。壓強(qiáng)（P）：國(guó)際單位：帕斯卡（Pa=N/m2）1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=1.01325×105（Pa）=760mmHg狀態(tài)參量：描述熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。描述氣體的狀態(tài)參量：壓61體積(V)：氣體分子自由活動(dòng)的空間。國(guó)際單位：米3（m3）溫度(T)：溫度是表征在熱平衡狀態(tài)下系統(tǒng)宏觀性質(zhì)的物理量。攝氏溫標(biāo)：t℃熱力學(xué)溫標(biāo)：TK

水的冰點(diǎn)——0℃水的沸點(diǎn)——100℃絕對(duì)零度：T=0K

t=-273.15℃體積(V)：氣體分子自由活動(dòng)的空間。國(guó)際單位：米3（m3629-1-2平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程平衡態(tài)：一個(gè)孤立系統(tǒng)，其宏觀性質(zhì)在經(jīng)過(guò)充分長(zhǎng)的時(shí)間后保持不變（即其狀態(tài)參量不再隨時(shí)間改變）的狀態(tài)。注意：如果系統(tǒng)與外界有能量交換，即使系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，也不能斷定系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)。9-1-2平衡態(tài)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程平衡態(tài)：一個(gè)孤立系統(tǒng)，其宏63熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。P準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：狀態(tài)變化過(guò)程進(jìn)行得非常緩慢，以至于過(guò)程中的每一個(gè)中間狀態(tài)都近似于平衡態(tài)。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程的過(guò)程曲線可以用P-V圖來(lái)描述，圖上的每一點(diǎn)都表示系統(tǒng)的一個(gè)平衡態(tài)。(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVO(PC,VC,TC)熱力學(xué)過(guò)程：熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間發(fā)生變化的過(guò)程。P準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)649-1-3理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：在任何情況下都嚴(yán)格遵守“波-馬定律”、“蓋-呂定律”以及“查理定律”的氣體。（質(zhì)量不變）9-1-3理想氣體狀態(tài)方程理想氣體：在任何情況下都嚴(yán)格遵65標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：m為氣體的總質(zhì)量。M為氣體的摩爾質(zhì)量。其中：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：m為氣體的總質(zhì)量。其中：66理想氣體狀態(tài)方程：令：R稱為“摩爾氣體常量

”代入：理想氣體狀態(tài)方程：令：R稱為“摩爾氣體常量”代入：67分子質(zhì)量為m0，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。阿伏伽德羅常數(shù)玻耳茲曼常量分子質(zhì)量為m0，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。阿伏伽德羅68

例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為普適氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為答案:pV/(kT)例2:一定量某理想氣體按pV2＝恒量的規(guī)律膨脹，則膨脹后理想氣體的溫度(A)將升高．(B)將降低．(C)不變．(D)升高還是降低，不能確定．例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的69

例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為普適氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為答案:pV/(kT)例2:一定量某理想氣體按pV2＝恒量的規(guī)律膨脹，則膨脹后理想氣體的溫度(A)將升高．(B)將降低．

(C)不變．(D)升高還是降低，不能確定．例3:若室內(nèi)生起爐子后溫度從15℃升高到27℃，而室內(nèi)氣壓不變，則此時(shí)室內(nèi)的分子數(shù)減少的百分比是多少？

答案:4%例1:若理想氣體的體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T(mén)，一個(gè)分子的709-2-1改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩條途徑熱功當(dāng)量?jī)?nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子之間的相互作用勢(shì)能之總和。理想氣體內(nèi)能：理想氣體的內(nèi)能只與分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能有關(guān)，是溫度的單值函數(shù)?！?-2熱力學(xué)第一定律9-2-1改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩條途徑熱功當(dāng)量?jī)?nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)分子71改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火——通過(guò)做功的方式將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為物體的內(nèi)能?？净稹ㄟ^(guò)熱量傳遞提高物體內(nèi)能。改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種不同方法：鉆木取火——通過(guò)做功的方式72熱量(Q)

：系統(tǒng)之間由于熱相互作用而傳遞的能量。焦耳用于測(cè)定熱功當(dāng)量的實(shí)驗(yàn)裝置。注意：功和熱量都是過(guò)程量，而內(nèi)能是狀態(tài)量，通過(guò)做功或傳遞熱量的過(guò)程使系統(tǒng)的狀態(tài)（內(nèi)能）發(fā)生變化。熱功當(dāng)量：1卡=4.186焦耳作功和傳熱對(duì)改變系統(tǒng)的內(nèi)能效果是一樣的。熱量(Q)：系統(tǒng)之間由于熱相互作用而傳遞的能量。焦耳用于739-2-2熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)描述熱力學(xué)第一定律：包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒和轉(zhuǎn)換定律。

Q表示系統(tǒng)吸收的熱量，W表示系統(tǒng)所作的功，E表示系統(tǒng)內(nèi)能。熱力學(xué)第一定律微分式：9-2-2熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)描述熱力學(xué)第一定律：包括熱74符號(hào)規(guī)定：1、系統(tǒng)吸收熱量為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。2、系統(tǒng)對(duì)外作功為正，外界對(duì)系統(tǒng)作功為負(fù)。3、系統(tǒng)內(nèi)能增加為正，系統(tǒng)內(nèi)能減少為負(fù)。第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)：不需要外界提供能量，但可以繼續(xù)不斷地對(duì)外做功的機(jī)器。熱力學(xué)第一定律：“不可能制造出第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)”。符號(hào)規(guī)定：1、系統(tǒng)吸收熱量為正，系統(tǒng)放熱為負(fù)。2、系統(tǒng)對(duì)外作759-2-3準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量、功和內(nèi)能準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功的計(jì)算(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVOdVVAVBdl9-2-3準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量、功和內(nèi)能準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中功的計(jì)算(761.

此過(guò)程所作的功反映在P-V圖上，就是曲線下的面積。1V2V12系統(tǒng)對(duì)外界作功，W為正。外界對(duì)系統(tǒng)作功，W為負(fù)。2.系統(tǒng)對(duì)外界作了功，系統(tǒng)的狀態(tài)改變，內(nèi)能也改變“功”是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，功不僅與初、末態(tài)有關(guān)，還與過(guò)程有關(guān)是過(guò)程量。PVdV符號(hào)法則：注意：1.此過(guò)程所作的功反映在P-V圖上，就是曲線下的面77準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量的計(jì)算熱容量：物體溫度升高一度所需要吸收的熱量。比熱：?jiǎn)挝毁|(zhì)量物質(zhì)熱容量。單位：?jiǎn)挝唬簻?zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中熱量的計(jì)算熱容量：物體溫度升高一度所需要吸收的78摩爾熱容量：1mol物質(zhì)的熱容量。定體摩爾熱容：1mol理想氣體在體積不變的狀態(tài)下，溫度升高一度所需要吸收的熱量。自由度概念參考P.41,10-3-1摩爾熱容量：1mol物質(zhì)的熱容量。定體摩爾熱容：1m79定壓摩爾熱容：1mol理想氣體在壓強(qiáng)不變的狀態(tài)下，溫度升高一度所需要吸收的熱量。（i為分子的自由度數(shù)）單原子氣體：i=3,氦、氖雙原子氣體：i=5，氫、氧、氮多原子氣體：i=6，水蒸汽、二氧化碳、甲烷定壓摩爾熱容：1mol理想氣體在壓強(qiáng)不變的狀態(tài)下，溫度升80定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容的關(guān)系邁耶公式：結(jié)論：

同一狀態(tài)下1摩爾的理想氣體溫度升高1K，等壓過(guò)程需要吸收的熱量比等體過(guò)程吸收的熱量多8.31J。比熱容比：?jiǎn)卧臃肿樱弘p原子分子：定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容的關(guān)系邁耶公式：結(jié)論：同一狀態(tài)81微過(guò)程的熱量計(jì)算式：熱量計(jì)算式：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中內(nèi)能變化的計(jì)算設(shè)想一個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程，過(guò)程中系統(tǒng)的體積不變。微過(guò)程的熱量計(jì)算式：熱量計(jì)算式：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程中內(nèi)能變化的計(jì)82即有內(nèi)能增量：內(nèi)能：結(jié)論：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)。注意：內(nèi)能是狀態(tài)量，內(nèi)能的增量與過(guò)程無(wú)關(guān)，因此上式適合于任意過(guò)程。即有內(nèi)能增量：內(nèi)能：結(jié)論：理想氣體的內(nèi)能只是溫度的單值函數(shù)。831.等體過(guò)程V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，T2T1pV0ab等體過(guò)程中，外界傳給氣體的熱量全部用來(lái)增加氣體的內(nèi)能，系統(tǒng)對(duì)外不作功?！?-3熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用1.等體過(guò)程V=恒量，dV=0，dW=pdV=0，T2T1p842.等壓過(guò)程p=恒量12p21OVVV等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來(lái)增加系統(tǒng)的內(nèi)能，一部分用來(lái)對(duì)外做功。2.等壓過(guò)程p=恒量12p21OVVV等壓過(guò)程中系統(tǒng)吸853.等溫過(guò)程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2III..OV2V1等溫過(guò)程中系統(tǒng)吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為對(duì)外做功，系統(tǒng)內(nèi)能保持不變。3.等溫過(guò)程T=恒量，dT=0，dE=0pVp1p2II86例1一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到達(dá)c。（圖中abc為一直線），求此過(guò)程中：

（1）氣體對(duì)外作的功；（2）氣體內(nèi)能的增量；（3）氣體吸收的熱量。p/atmV/l0321321cba解例1一定量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b到達(dá)c。（圖中abc為87剛性雙原子分子的理想氣體在等壓下膨脹所作的功為W，則傳遞給氣體的熱量是多少？，則W/Q=常溫常壓下，一定量的某種理想氣體(其分子可視為剛性分子，自由度為i)，在等壓過(guò)程中吸熱為Q，對(duì)外作功為W，內(nèi)能增加為剛性雙原子分子的理想氣體在等壓下膨脹所作的功為W，則傳遞給氣88例3.質(zhì)量為2.810-3kg，壓強(qiáng)為1atm，溫度為27℃的氮?dú)?。先在體積不變的情況下使其壓強(qiáng)增至3atm，再經(jīng)等溫膨脹使壓強(qiáng)降至1atm，然后又在等壓過(guò)程中將體積壓縮一半。試求氮?dú)庠谌窟^(guò)程中的內(nèi)能變化，所作的功以及吸收的熱量，并畫(huà)出P-V圖。解V3V4Vp/atm132V1例3.質(zhì)量為2.810-3kg，壓強(qiáng)為1atm，溫度為289V3V4Vp/atm132V1V3V4Vp/atm132V190等容過(guò)程：等溫過(guò)程：V3V4Vp/atm132V1等容過(guò)程：等溫過(guò)程：V3V4Vp/atm132V191等壓過(guò)程：V3V4Vp/atm132V1等壓過(guò)程：V3V4Vp/atm132V192一、絕熱過(guò)程系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。絕熱過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外做功全部是以系統(tǒng)內(nèi)能減少為代價(jià)的。絕熱方程氣體絕熱自由膨脹氣體真空Q=0，W=0，△E=09-3-2絕熱過(guò)程一、絕熱過(guò)程系統(tǒng)不與外界交換熱量的過(guò)程。絕熱過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外做93絕熱線與等溫線比較膨脹相同的體積，絕熱過(guò)程比等溫過(guò)程壓強(qiáng)下降得快絕熱線等溫線等溫絕熱絕熱線比等溫線更陡。絕熱線與等溫線比較膨脹相同的體積，絕熱過(guò)程比等溫過(guò)程壓強(qiáng)下降94例:1mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱至體積增大一倍，再等容加熱至壓力增大一倍，最后再經(jīng)絕熱膨脹，使其溫度降至初始溫度。如圖，試求：（1）狀態(tài)d的體積Vd；（2）整個(gè)過(guò)程對(duì)外所作的功;（3）整個(gè)過(guò)程吸收的熱量。解：（1）根據(jù)題意又根據(jù)物態(tài)方程oVp2p1p1V12V1abcd例:1mol單原子理想氣體,由狀態(tài)a(p1,V1)先等壓加熱95再根據(jù)絕熱方程（2）先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V1abcd再根據(jù)絕熱方程（2）先求各分過(guò)程的功oVp2p1p1V12V96（3）計(jì)算整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量有兩種方法方法一：根據(jù)整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量等于各分過(guò)程吸收熱量的和。oVp2p1p1V12V1abcd（3）計(jì)算整個(gè)過(guò)程吸收的總熱量有兩種方法方法一：根據(jù)整個(gè)過(guò)程97方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2P1P1V12V1abcd方法二：對(duì)abcd整個(gè)過(guò)程應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：oVp2P1P989-4-1循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程：

系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列狀態(tài)變化過(guò)程以后，又回到原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程。

§9-4循環(huán)過(guò)程9-4-1循環(huán)過(guò)程循環(huán)過(guò)程：§9-4循環(huán)過(guò)程99循環(huán)特征：E=0凈功：結(jié)論：在任何一個(gè)循環(huán)過(guò)程中，系統(tǒng)所做的凈功在數(shù)值上等于p–V圖上循環(huán)曲線所包圍的面積。pVbaIIIpbVbpaVa若循環(huán)的每一階段都是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，則此循環(huán)可用p-V圖上的