广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（讲稿）第二篇 热学 第5章 热力学基础

第5章热力学基础工黄王S5.1功热量内能热力学第一定律$5.2热力学第一定律对理想气体在准静态等值过程中的应用85.3绝热过程多方过程S5.4循环过程卡诺循环85.5热力学第二定律85.6可逆与不可逆过程卡诺定理$5.7热力学第二定律的统计意义熵

§5.1 功 热量 内能 热力学第一定律 §5.2 热力学第一定律对理想气体在准 静态等值过程中的应用 §5.3 绝热过程 多方过程 §5.4 循环过程 卡诺循环 §5.5 热力学第二定律 §5.6 可逆与不可逆过程 卡诺定理 §5.7 热力学第二定律的统计意义 熵 第5章 热力学基础

S引言热力学基础是讨论热力学系统的状态发生变化时所遵循的规律。以实验事实为依据，从能量观点出发，分析物质在宏观状态变化过程中有关热、功和内能的变化关系与满足的条件。蒸发器膨胀阀室内机气体液件液气吸热体体3007液体压缩机气体室外机冷凝器散热内燃机空调制冷原理热力学基础涉及热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律：热力学第二定律则指明了热力学过程进行的方向和条件。最后给出热力学第二定律的微观本质，并从微观上引进的概念来定量表示这一规律

热力学基础是讨论热力学系统的状态发生变化时所遵循的规律。以实验事 实为依据，从能量观点出发，分析物质在宏观状态变化过程中有关热、功 和内能的变化关系与满足的条件。 内燃机 空调制冷原理 热力学基础涉及热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律是包括热现象 在内的能量转换与守恒定律；热力学第二定律则指明了热力学过程进行的方向和条 件。最后给出热力学第二定律的微观本质，并从微观上引进熵的概念来定量表示这 一规律

dD+麻来业大热力学s 5.1 功 热量内能第一定律

一、准静态过程1：热力学过程：当系统从一个平衡态变到另一个平衡态时我们把系统状态随时间变化的过程。2．准静态过程：当过程进行得无限缓慢，使过程中间的任一状态都无限接近于平衡态的过程p3.非静态过程：在整个过程中I(Pr,V,T)系统一直处于非平衡态，直到过程结束才达平衡态的过程。II(p2,V2,T2)4.过程曲线：一个准静态过程，在状态图中可以用一条曲线来表示。V0作功热力学系统与外界传递能量的两种方式热传递

p 1 1 1 Ⅰ( p ,V ,T ) O V 2 2 2 Ⅱ( p ,V ,T ) 1. 热力学过程: 当系统从一个平衡态变到另一个平衡态时， 我们把系统状态随时间变化的过程。 2. 准静态过程：当过程进行得无限缓慢，使过程中间的任一 状态都无限接近于平衡态的过程。 3. 非静态过程: 在整个过程中， 系统一直处于非平衡态，直到过程 结束才达平衡态的过程。 4. 过程曲线：一个准静态过程， 在状态图中可以用一条曲线来表示。 热力学系统与外界传递能量的两种方式 作功 热传递

准静态过程的功一定质量的气体贮于气缸中，设想气缸中的气体经历一个无摩擦的准静态膨胀过程。气体作用于活塞的压强p，活塞的面积为S，则当活塞移动一微小距离时，气体对活塞所作的元功为dA = Fdl = pSdl = pdVdl当气体的体积由V1沿某过程曲线准静态膨胀到V2时，气体对外做的总功为IIpd VdA :dvA5VVV

一定质量的气体贮于气缸中，设想气缸中的气体经历一 个无摩擦的准静态膨胀过程。气体作 用于活塞的压强 p，活塞的面积为S， 则当活塞移动一微小距离时，气体对 活塞所作的元功为 S dl p 2 2 1 1 d d V V V V A  A  p   V dA = Fdl  pSdl  pdV 当气体的体积由��沿某过程曲线准静 态膨胀到��时，气体对外做的总功为 dV V1 V pⅠ O V Ⅱ V2

气体对外做的总功为P-V图P中曲线下所围面积，如果始态和末态相同，但经2历的过程不同，则过程曲线下围成的面积不同，功A的值就不同。因此，，而不是功是一个过程量，V0 Vi分一个状态量。如果A>0，系统对外界做正功如果A<0，外界对系统做功，或者说系统对外做负功

气体对外做的总功为P-V 图 中曲线下所围面积。 如果始态和末态相同，但经 历的过程不同，则过程曲线下围 成的面积不同，功A的值就不同。 因此，功是一个过程量，而不是 一个状态量。 如果 � > �，系统对外界做正功； 如果 � < �，外界对系统做功，或者说系统对外做负功。 O V p V1 V2 1 2

热容三、准静态过程的热量（或者说由于温度差）而传1.热量：物体间由于热相互作用递的能量。热量一般用O表示，即焦耳（J）。2.热容：质量为m的物质，其温度升高（或降低）△T，在某，则热容为一热力学过程x中吸收（或放出）的热量△Q，AO会)x=(%)Cx = lim4T-0实验表明：同一物质，升高相同温度，经过不同的热力学过程吸收的热量不同。即热量是和过程有关的过程量，注意热量吸收的多少除了和所经历的过程有关，还和物质的性质有关

热量吸收的多少除了和所经历的过程有关，还和物 质的性质有关。 2. 热容： 质量为m的物质，其温度升高（或降低）∆T，在某 一热力学过程x中吸收（或放出）的热量∆Q，则热容为 �� = lim ∆�→� ( ∆� ∆� )� = ( �� �� )� 1. 热量：物体间由于热相互作用（或者说由于温度差）而传 递的能量。热量一般用Q表示，即焦耳（J）。 实验表明：同一物质，升高相同温度，经过不同的热力学 过程吸收的热量不同。即热量是和过程有关的过程量。 注意

3.比热容（或降低）（简称比热）：单位质量物质温度升高1K时所需吸收（或放出）的热量，用小写c表示。△QdrCx = limm△T△T-→0m4.摩尔热容量：1摩尔物质的热容量，用小写c表示MM△QdCxmCxMcxlim一==mATm△T→0m为摩尔数。在（SI）制中，摩尔热M为摩尔质量，V=M容的单位为J/（mol·K）

3.比热容（简称比热）：单位质量物质温度升高（或降低） 1K 时所需吸收（或放出）的热量，用小写 c 表示。 M为摩尔质量，� = � � 为摩尔数。在（SI）制中，摩尔热 容的单位为 J /（mol· K）。 �� = lim ∆�→� ( ∆� �∆� )� = � � ( �� �� )� 4.摩尔热容量：1摩尔物质的热容量，用小写cx表示。 ��,� = � � �� = ��� = lim ∆�→� ( �∆� �∆� )� = � � ( �� �� )�

5.常用的两个热力学过程摩尔热容（1）定容摩尔热容：1mol气体在等体过程中，温度升高1K时吸取的热量称为该气体的定体摩尔热容量，记为Cv,mAlim（）Cv,mAT=V-△T-0(2）定压摩尔热容量：1mol气体在等压过程中，温度升高1K时吸取的热量称为该气体的定压摩尔热容量，记为Cp,m= limCp,mAFAT-0

（1）定容摩尔热容：1mol气体在等体过程中，温度升高1K 时吸取的热量称为该气体的定体摩尔热容量，记为��,� 5.常用的两个热力学过程摩尔热容 （2）定压摩尔热容量：1mol气体在等压过程中，温度升高 1K时吸取的热量称为该气体的定压摩尔热容量，记为��,� ��,� = lim ∆�→� ( ∆� ∆� )� = ( �� �� )� ��,� = lim ∆�→� ( ∆� ∆� )� = ( �� �� )�

四、内能内能是热力学系统内部状态所决定的能量。从分子动理论的观点来说，系统的内能就是系统中所有分子热运动的动能和分子间相互作用的势能之总和理想气体的内能：对于处在平衡态下的理想气体，因不计分子间势能，所以它的内能与压强、体积无关，仅与温度有关。因此，理想气体的内能是温度的单值函数，，用E(T)表示。质量为m，摩尔质量为M的理想气体，内能为m iE=RT=V=RT2M 2内能的变化和过程无关仅和始末状态有关

内能是热力学系统内部状态所决定的能量。从分子动理论 的观点来说，系统的内能就是系统中所有分子热运动的动 能和分子间相互作用的势能之总和。 理想气体的内能：对于处在平衡态下的理想气体，因不计 分子间势能，所以它的内能与压强、体积无关，仅与温度有 关。因此，理想气体的内能是温度的单值函数，用�(�)表 示。质量为m，摩尔质量为M 的理想气体，内能为 2 2 m i i E RT RT M   内能的变化和过程无关，仅和始末状态有关