第八章熱力學(xué)

物理學(xué)的第三次大綜合

物理學(xué)的第三次大綜合是從熱學(xué)開始的，涉及到宏觀與微觀兩個層次.宏觀理論熱力學(xué)的兩大基本定律:第一定律,即能量守恒定律;第二定律,即熵增加定律.科學(xué)家進一步追根問底,企圖從分子和原子的微觀層次上來說明物理規(guī)律,氣體分子動理論應(yīng)運而生.

玻爾茲曼與吉布斯發(fā)展了經(jīng)典統(tǒng)計力學(xué).

熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的發(fā)展,加強了物理學(xué)與化學(xué)的聯(lián)系,建立了物理化學(xué)這一門交叉科學(xué).第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)8-1功熱內(nèi)能8-2熱力學(xué)第一定律一熱力學(xué)系統(tǒng)(系統(tǒng))系統(tǒng)：熱力學(xué)研究對象環(huán)境：系統(tǒng)以外的其它物體分類：按系統(tǒng)與環(huán)境的關(guān)系劃分開放系統(tǒng)：即有能量交換又有質(zhì)量交換閉合系統(tǒng)：只有能量交換而無質(zhì)量交換（熱力學(xué)第一定律中應(yīng)用）孤立系統(tǒng)：即無能量交換又無質(zhì)量交換（熱力學(xué)第二定律中應(yīng)用）實際中：均勻的液體、氣體具體對象：一定質(zhì)量的理想氣體二熱力學(xué)平衡態(tài)定義：宏觀量不隨時間變化的狀態(tài)圖像：P-V,P-T,V-T圖中的一個點代表一個平衡態(tài)*平衡態(tài)特點1）單一性（系統(tǒng)內(nèi)處處相等）;2）物態(tài)的穩(wěn)定性——與時間無關(guān)；3）自發(fā)過程的終點；4）密度均勻，動態(tài)平衡。三熱力學(xué)過程定義：系統(tǒng)狀態(tài)隨時間變化的過程特點：初平衡態(tài)末平衡態(tài)分類：根據(jù)過程中間狀態(tài)劃分準(zhǔn)靜態(tài)過程：(1)中間態(tài)均為平衡態(tài)(2)無限緩慢進行，理想過程。(3)P-V,P-T等圖上,用一條曲線表示.非靜態(tài)過程：(1)中間態(tài)為非平衡態(tài)(2)過程進行得快，實際過程。(3)P-V,P-T等圖上,用一條曲線表示.F四氣體準(zhǔn)靜態(tài)的功（過程量）S定義：圖像：在P-V圖上，∣W∣=SPV12特點：功與過程有關(guān)，是過程量單位：焦耳，做功是能量的轉(zhuǎn)化過程。四熱量（過程量）：傳熱過程中傳遞的能量特點：值與具體過程有關(guān)，是過程量。定義：單位：焦耳，熱傳遞是能量的轉(zhuǎn)移過程。中學(xué)，液體最初，大學(xué)，氣體定（等）體摩爾熱容定（等）壓摩爾熱容摩爾熱容比（絕熱系數(shù)）等溫摩爾熱容絕熱摩爾熱容五理想氣體的內(nèi)能（狀態(tài)量）定義：組成氣體的所有分子的熱運動動能總和特點：是溫度的單值函數(shù)，只與初末狀態(tài)有關(guān)，而與具體過程無關(guān)，是狀態(tài)量。公式：單位：焦耳，任何物體都具有內(nèi)能。六熱力學(xué)第一定律內(nèi)容：系統(tǒng)從外界吸收的熱量一部分用來對外做功，一部分用來增加系統(tǒng)內(nèi)能。公式：物理意義：1）能量轉(zhuǎn)換和守恒定律(本質(zhì))。第一類永動機是不可能制成的。2）實驗經(jīng)驗總結(jié)，自然界的普遍規(guī)律，適用于任意熱力學(xué)過程。準(zhǔn)靜態(tài)過程微小過程+系統(tǒng)吸熱系統(tǒng)放熱內(nèi)能增加內(nèi)能減少系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功第一定律中各量的正負(fù)號規(guī)定例1：理想氣體從狀態(tài)a經(jīng)過程1到達狀態(tài)b，吸熱500，對外做功300，然后，系統(tǒng)又從狀態(tài)b經(jīng)過程2返回狀態(tài)a，且外界做功200，求：2過程是吸熱還是放熱？解：∴放熱400焦耳第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)8-3,4理想氣體的等值（等體、等壓、等溫、絕熱）過程

等體（容）過程特點：遵循：功：內(nèi)能：熱：等容摩爾熱容：

等壓過程特點：遵循：功：內(nèi)能：熱：等壓摩爾熱容：

等溫過程特點：遵循：功：內(nèi)能：熱：

絕熱過程特點：遵循：內(nèi)能：功：絕熱方程:

絕熱過程方程的推導(dǎo):（不做要求）分離變量得12絕熱

方程常量常量常量以一摩爾理氣為例消去dT,

絕熱線和等溫線關(guān)系：(1)絕熱過程曲線的斜率(2)等溫過程曲線的斜率絕熱線比等溫線陡峭∴二者只能相交一次常量常量ABC常量

例一定量的理想氣體從體積膨脹到體積分別經(jīng)過如下的過程，其中吸熱最多的過程是什么過程？（A-B等壓過程；A-C等溫過程；A-D絕熱過程）解ABCDP138—思考題6VPAB**O12絕熱例：討論理想氣體下圖過程中，各過程的正負(fù)。A—BA—2—BA—1—BP138思考題9第八章熱力學(xué)基礎(chǔ)8-5循環(huán)過程

熱機發(fā)展簡介

1698年薩維利和1705年紐可門先后發(fā)明了蒸汽機，當(dāng)時蒸汽機的效率極低.1765年瓦特進行了重大改進，大大提高了效率.人們一直在為提高熱機的效率而努力，從理論上研究熱機效率問題，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推動了熱學(xué)理論的發(fā)展.各種熱機的效率液體燃料火箭柴油機汽油機蒸汽機熱機：持續(xù)地將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器.工作物質(zhì)（工質(zhì)）：熱機中被利用來吸收熱量并對外做功的物質(zhì).冰箱循環(huán)示意圖定義：系統(tǒng)狀態(tài)經(jīng)過一系列變后，又回到原來的狀態(tài)的過程叫熱力學(xué)循環(huán)過程。特征：經(jīng)歷一個循環(huán)后一循環(huán)過程AB分類：順（正，熱機）循環(huán)，W總>0逆（負(fù)，制冷）循環(huán)，W總<0應(yīng)用：熱機，制冷機，熱泵思考循環(huán)過程中，變化嗎?

圖像：閉合曲線，習(xí)慣上用P-V圖1、把熱能持續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难b置2、工作物質(zhì)做正循環(huán),W總>03、工作原理4、熱機效率熱機高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩炊釞C制冷機低溫?zé)嵩锤邷責(zé)嵩?、利用外界做功從低溫物體吸熱的裝置2、工作物質(zhì)做逆循環(huán),W總<03、工作原理4、制冷系數(shù)三制冷機1423例1：1mol

氦氣經(jīng)過圖示的循環(huán)過程，其中，求各過程中氣體吸收的熱量和熱機效率。解由理想氣體物態(tài)方程得P128：例7定義：由兩個準(zhǔn)靜態(tài)等溫和兩個準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程組成特點：只在兩個熱源之間工作的理想循環(huán)四卡諾循環(huán)

(理論上效率最高的循環(huán))

WABCD

A-B等溫膨脹

B-C絕熱膨脹

C-D等溫壓縮

D-A絕熱壓縮WABCD理想氣體卡諾循環(huán)熱機效率的計算

A—B等溫膨脹

B—C絕熱膨脹

C—D等溫壓縮

D—A絕熱壓縮卡諾循環(huán)A—B

等溫膨脹吸熱C—D

等溫壓縮放熱WABCD

D—A絕熱壓縮過程B—C

絕熱膨脹