《大学物理》课程教学资源（讲稿）第二篇 热学（Heat）第7章 热力学基础（Thermodynamics）

第七章 (Thermodynamics) 2006-4-11

2006-4-11 1 (Thermodynamics) Thermodynamics)

§7-1功热量热力学第一定律 准静态过程 热力学过程:系统从一个状态变化到 另一个状态。 过程进行的任一时刻,系统的状态并 非平衡态。 初平态-非平衡态→平何态 2006-4-11

2006-4-11 2 §7-1 功 热量 热力学第一定律 热力学第一定律 一 .准静态过程 热力学过程：系统从一个状态变化到 系统从一个状态变化到 另一个状态。 过程进行的任一时刻，系统的状态并 过程进行的任一时刻，系统的状态并 非平衡态。 初平衡态 一系列 非平衡态 末平衡态

准静态过程( quasi-static process) 系统的每一个状态都无限接近于平衡态 的过程,又称平衡过程。 是一个理想化的过程,实际过程的近似 快 缓慢 非平衡态 接近平衡态 “无限缓慢 2006-4-11

2006-4-11 3 准静态过程(quasi-static process) static process) 系统的每一个状态都无限接近于平衡态 系统的每一个状态都无限接近于平衡态 的过程，又称平衡过程。 是一个理想化的过程，实际过程的近似 实际过程的近似 ←快 ←缓慢 非平衡态 接近平衡态 “无限缓慢

怎样理解“无限缓慢” 弛豫时间( relaxation time) 系统由非平衡态到平衡态所需时间 “无限缓慢”:N过程进>T 如实际汽缸的压缩过程可看作 准静态过程。 △t 过程进行 =0.1s 容器线度01 3 = 10 分子速度100m/s 2006-4-11

2006-4-11 4 怎样理解“无限缓慢” 弛豫时间(relaxation time) relaxation time) τ： 系统由非平衡态到平衡态所需时间 系统由非平衡态到平衡态所需时间 “无限缓慢”： ∆t过程进行 >>τ 如:实际汽缸的压缩过程可看作 实际汽缸的压缩过程可看作 准静态过程。 ∆t过程进行 = 0.1s 10 s 100 m/s 0.1m − 3 = = = 分子速度 容器线度 τ

过程曲线 准静态过程可用过程曲线表示。 状态图(P-V图、P-T图、V-T图)上 个点代表一个平衡态; 条曲线代表一个准静态过程。 P (P1,V1)过程曲线(只对准 静态过程才能画出) 2006-4-11

2006-4-11 5 过程曲线 准静态过程可用过程曲线表示。 准静态过程可用过程曲线表示。 状态图(P - V 图、P - T 图、V - T 图)上 ·一个点代表一个平衡态； 一个点代表一个平衡态； ·一条曲线代表一个准静态过程。 一条曲线代表一个准静态过程。 (P2,V2) V P 过程曲线(只对准 静态过程才能画出) (P,V) • • • (P１,V１)

二.系统的内能 (1)分子无规则运动的动能 (2)分子间势能 E=E(们)+En( =E(T,) 内能是系统状态的单值函数 2006-4-11

2006-4-11 6 二.系统的内能 (1)分子无规则运动的动能； 分子无规则运动的动能； (2)分子间势能。 E E (T) E (V) = k + p = E(T,V ) 内能是系统状态的单值函数 内能是系统状态的单值函数

对理想气体 E=E()+En() M i E=EkT RT M 2 M i △E= R△T M no 理想气体内能是温度的单值函数 2006-4-11

2006-4-11 7 对理想气体 E E (T) = k RT i MMmol 2 = R T i M M ∆E = ∆ mol 2 E E (T) E (V) = k + p ----理想气体内能是温度的单值函数 理想气体内能是温度的单值函数

热功等效性 通过作功可以改变系统的状态内能) 微观实质是: 分子的有规则运动能量 搅拌器 和分子的无规则运动 能量的转化和传递。 传热也可改变系统的状 态,其条件是系统和外 界的温度不同。 2006-4-11

2006-4-11 8 三.热功等效性 通过作功可以改变系统的状态 可以改变系统的状态(内能) 搅拌器 微观实质是： 分子的有规则运动能量 和分子的无规则运动 能量的转化和传递。 能量的转化和传递。 传热也可改变系统的状 也可改变系统的状 态，其条件是系统和外 态，其条件是系统和外 界的温度不同。 界的温度不同

传热的微观本质:是分 子的无规则运动能量从高 温物体向低温物体传递 热方法 热量:传热过程中所传高温物体 递的热运动能量的多少 作功和热量传递具有相同的效果, 它们都是能量变化的量度。 1卡=4186J 2006-4-11

2006-4-11 9 高温物体 加 热 方 法 ·传热的微观本质：是分 传热的微观本质：是分 子的无规则运动能量从高 温物体向低温物体传递。 温物体向低温物体传递。 ·热量：传热过程中所传 传热过程中所传 递的热运动能量的多少 递的热运动能量的多少 作功和热量传递具有相同的效果， 作功和热量传递具有相同的效果， 它们都是能量变化的量度。 它们都是能量变化的量度。 1卡= 4.186 J

四热力学第一定律 包括热量在内的能量守恒定律 对于一微小的状态变化过程 do=de+da 对于一个过程 Q>0:吸热 Q=E2-E1+AA>0:对外作功 =△E+A△E>0:内能增加 2006-4-11

2006-4-11 10 四.热力学第一定律 热力学第一定律 包括热量在内的能量守恒定律 包括热量在内的能量守恒定律 对于一微小的状态变化过程 对于一微小的状态变化过程 dQ = d E + d A 对于一个过程 Q > 0 : A > 0 : ∆E > 0 : 吸热 对外作功 内能增加 Q= E2 −E1 + A = ∆E + A