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文檔簡介
1、第一章 熱力學的基本規(guī)律,1.1 熱力學系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述,1.系統(tǒng),孤立系,閉系,開系,(極限概念),熱力學系統(tǒng)的狀態(tài),平衡態(tài),非平衡態(tài),熱力學平衡態(tài):,(1)定義:,一個孤立系統(tǒng),不論其初態(tài)如何復(fù)雜,經(jīng)過足夠長的時間后,將會到達這樣的狀態(tài),系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長時間內(nèi)不發(fā)生任何變化,這樣的狀態(tài)稱為熱力學平衡態(tài)。,(2)注意點:,弛豫時間,動態(tài)平衡(熱動平衡),不考慮漲落,不限于孤立系統(tǒng),(3)描述平衡態(tài)的宏觀參量:,P、V 等,1.2 熱平衡定律和溫度,熱平衡定律(熱力學第零定律):,如果兩個物體各自與第三個物體達到熱平衡,它們彼此也必處在熱平衡。,A=C , B=C 則 A=B,(熱
2、平衡即溫度相等),TA=TC , TB=TC 則 TA=TB,溫度T:,物體冷熱程度的量度,溫度的測量:,理想氣體溫標、水銀溫度計等,1.3 物態(tài)方程,簡單系統(tǒng):,定義:,體脹系數(shù),壓強系數(shù),等溫壓縮系數(shù),數(shù)學上有:,兩類問題:,解:,或,證明:,兩邊積分:,證明完畢,解:,作業(yè):p48 1.5 1.6,解:,要求體積維持不變,即:,兩邊積分:,解:,1.4 功,準靜態(tài)過程:,是一個理想的極限概念,不考慮摩擦。,外界對系統(tǒng)所作的功:,(1)外界對盛在容器中的氣體或液體所作的功 (討論準靜態(tài)過程),活塞橫截面積,有限過程:,等容過程:,等壓過程:,等溫理想氣體:,(2)外界克服表面張力對液體表面
3、薄膜所作的功,設(shè)有液體表面薄膜張在線框上,線框的一邊可以移動,其長度為l,以表示單位長度的表面張力.,表面張力有使液面收縮的趨勢,當將可移動的邊外移一個距離dx時,外界克服表面張力所作的功為:,在準靜態(tài)過程中液膜面積改變dA時外界所作的功.,解:,氣體對外界所作的功,等溫過程:,或由等溫過程有:,1.5 熱力學第一定律,能量守恒定律:自然界一切物質(zhì)都具有能量,能量有各種不同的形式,可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,從一個物體傳遞到另一個物體,在傳遞與轉(zhuǎn)化中能量的數(shù)量不變。,另一種表述:第一類永動機是不可能造成的。,1.6 熱容量和焓,熱容量:,比熱容:,摩爾熱容量:,定容熱容量:,定壓熱容量:,
4、引入狀態(tài)函數(shù) 焓:,全微分:,有限過程:,等壓過程:,1.7 理想氣體的內(nèi)能,一般氣體:,理想氣體:,引入比熱容比:,作業(yè):p49 1.10 1.12,1.8 理想氣體的絕熱過程,絕熱過程:,熱力學第一定律:,理想氣體:,積分:,絕熱方程:,1.9 理想氣體的卡諾循環(huán),態(tài)態(tài):等溫膨脹過程,態(tài) 態(tài):等溫壓縮過程,態(tài) 態(tài)與態(tài) 態(tài)是絕熱過程,氣體對外界所作的凈功:,熱機效率定義:,1.10 熱力學第二定律,克勞修斯(克氏)表述:,不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化,卡爾文(開氏)表述:,不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起 其他變化,開氏說法可表述為:第二類永動機是不可能
5、造成的,(第二類永動機:效率為1的熱機),1.11 卡諾定理,所有工作于兩個一定溫度之間的熱機, 以可逆機的效率為最高,1.12 熱力學溫標(自學),1.13 克勞修斯等式與不等式,根據(jù)卡諾定理,一般熱機效率小于或等于卡諾熱機,一般熱機效率:,卡諾熱機效率:,1.14 熵和熱力學基本方程,引入態(tài)函數(shù)熵:,熱力學基本微分方程,1.16 熱力學第二定律的數(shù)學表述,第二定律的數(shù)學表述,熵增加原理的數(shù)學表述,熵增加原理:經(jīng)絕熱過程后,系統(tǒng)的熵永不減少,經(jīng)可逆絕熱過程后熵不變,經(jīng)不可逆絕熱過程后熵增加,在絕熱 條件下熵減少的過程是不可能實現(xiàn)的。,1.15 理想氣體的熵,設(shè)想一個可逆過程積分:,設(shè)想一個可逆過程積分:,該過程實際不可逆,假設(shè)存在一個可逆的理想過程,整個桿的熵增為:,1.18 自由能和吉布斯函數(shù),熱力學第二定律的數(shù)學表述:,等溫過程
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