南开大学：《大学物理学基础》课程教学资源（PPT课件）第八章 热力学第一和第二定律 §8.1 热力学第一定律 §8.2 热力学第一定律对理想气体的应用

第八章热力学第一和第二定律

1 第八章 热力学第一和第二定律

88.1热力学第一定律热力学过程1.1功、热量、内能1.21.3热力学第一定律s8.2热力学第一定律对理想气体的应用2.1理想气体的热熔量2.2等压过程等容过程2.32.5绝热过程2.4等温过程* 2.6多方过程作业：P2228-1, 8-2, 8-3, 8-4

2 1.1 热力学过程 §8.1 热力学第一定律 1.2 功、热量、内能 1.3 热力学第一定律 §8.2 热力学第一定律对理想气体 的应用 2.1 理想气体的热熔量 2.4 等温过程 2.5 绝热过程 作业： P222 8-1, 8-2, 8-3, 8-4 * 2.6 多方过程 2.2 等容过程 2.3 等压过程

$8.1热力学第一定律1.1热力学过程热力学系统简称系统系统的分类：一般系统有热交换：研究对象与外界有功，透热系统研究对象与外界无功，有热交换：绝热系统研究对象与外界有功，无热交换封闭系统研究对象与外界无功，无热交换：（孤立系统）

3 热力学系统 简称系统 1.1 热力学过程 §8.1 热力学第一定律 系统的分类： 研究对象与外界有功，有热交换: 研究对象与外界无功，有热交换: 研究对象与外界有功，无热交换: 研究对象与外界无功，无热交换: 一般系统 透热系统 绝热系统 封闭系统 (孤立系统)

当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程例：推进活塞压缩汽缸内的气体时，气体的体积，密度，温度或压强都将变化，在过程中的任意时刻，气体各部分的密度，压强，温度都不完全相同。（1）按系统与外界的关系分类非平衡态自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。到平衡态平衡态到非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变非平衡态

4 当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历 一个热力学过程，简称过程。 例：推进活塞压缩汽缸内的气体 时，气体的体积，密度，温 度或压强都将变化，在过程 中的任意时刻，气体各部分 的密度，压强，温度都不完 全相同。 （1）按系统与外界的关系分类: 自发过程：无外界帮助，系统的状态改变。 非自发过程：有外界帮助，系统的状态改变。 非平衡态 到平衡态 平衡态到 非平衡态

(2)按过程中经历的各个状态的性质分类准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态都可近似地看成是平衡态的过程非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平衡态，整个过程就是非静态过程(3)按过程的特征分类等容过程：dV=(等压过程：dP=0等温过程：dT=0绝热过程dQ=0, Q=0循环过程dU=05终态初态

5 （2）按过程中经历的各个状态的性质分类: 准静态过程（平衡过程）：初态、每个中间态、终态 都可近似地看成是平衡态的过程。 非静态过程（非平衡过程）：只要有一个状态不是平衡 态，整个过程就是非静态过程。 （3）按过程的特征分类: 等容过程： d V = 0 等压过程： d P = 0 等温过程： d T = 0 绝热过程： d Q = 0，Q = 0 循环过程： d U = 0 U终态 = U初态

·非静态过程一般过程的发生，是指系统由一个平衡状态到平衡受到破坏，再达到一个新的平衡态。从平衡态破坏到新平衡态建立所需的时间称为弛豫时间，用T表示。实际发生的过程往往进行的较快（如前例），在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步变化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡态，这种过程为非静态过程。作为中间态的非平衡态通常不能用状态参量来描述在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀过“自由”指气体不受阻力的程是一个非静态过程如图冲向左边

6 • 非静态过程 一般过程的发生，是指系统由一个平衡状态到 平衡受到破坏，再达到一个新的平衡态。从平衡态 破坏到新平衡态建立所需的时间称为弛豫时间，用 τ表示。实际发生的过程往往进行的较快（如前 例），在新的平衡态达到之前系统又继续了下一步 变化。这意味着系统在过程中经历了一系列非平衡 态，这种过程为非静态过程。作为中间态的非平衡 态通常不能用状态参量来描述。 在热力学中经常讨论的理想气体自由膨胀过 程是一个非静态过程。“自由”指气体不受阻力的 冲向左边。如图：

气体自由膨胀过程初态真空个未态膨胀

7 气体自由膨胀过程 初态 真空 末 态 膨胀

准静态过程一个过程，如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态，则此过程为准静态过程显然，这种过程只有在进行的“无限缓慢”的条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间远远大于豫时间T才可近似看作准静态过程PI (U)P准静态过程可用P一V图上的一条曲线表示，称之II (U2)P为过程曲线。准静态过程是一种理想的极限，作为基础，我们首先讨论它

8 ⚫准静态过程 一个过程，如果任意时刻的中间态都无限 接近于一个平衡态，则此过程为准静态过程。 显然，这种过程只有在进行的 “ 无限缓慢 ” 的 条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统 状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间τ 才可近似看作准静态过程。 准静态过程可用P—V图 上的一条曲线表示，称之 为过程曲线。准静态过程 是一种理想的极限，作为 基础，我们首先讨论它。 O P V V 1 V2 P2 Ⅰ (U1 ) II (U2 ) P1

1.2 功、内能热量、P热力学系统状态变化如何实现？m水无摩擦准静态过程其特点是没有摩擦力mgh中旋转外界在准静态过程中对搅拌器系统的作用力，可以用系统本身的状态参量来表示P=P绝热功

9 1.2 功、热量、内能 热力学系统状态变化如何实现？ m W h 水 旋转 搅 拌 器 ⚫ 无摩擦准静态过程， 其特点是没有摩擦力， 外界在准静态过程中对 系统的作用力，可以用 系统本身的状态参量来 表示 P Pe P=Pe 绝热功

体积变化做功F=PSddA=Fdl=PSdl=PdvdA>0,是系统对外做功;dA<0,是外界对系统做功可见，做功可引起系统状态变化.做功是系统与外界交换能量的过程，而且是通过宏观的规则运动实现的.我们把机械功、电磁功等统称为宏观功

10 F=PS dl dA=Fdl=PSdl=P dV 体积变化做功 dA>0,是系统对外做功; dA<0,是外界对系统做功 可见,做功可引起系统状态变化.做功是系统与外界交 换能量的过程,而且是通过宏观的规则运动实现的. 我 们把机械功、电磁功等统称为宏观功