《热力学》课程教学资源（知识点PPT）02 热力学系统及其基本方程

热学的研究方法: 1宏观法 最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学) 称为热力学 优点:可靠、普遍。缺点:未揭示微观本质。 2微观法 物质的微观结构+统计方法--称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论) 优点:揭示了热现象的微观本质。 缺点:可靠性、普遍性差。 宏观法与微观法相辅相成

宏观法与微观法相辅相成。 热学的研究方法： 1.宏观法. 最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学) ------称为热力学。 优点：可靠、普遍。 缺点：未揭示微观本质。 2.微观法. 物质的微观结构 + 统计方法 ------称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论) 优点：揭示了热现象的微观本质。 缺点：可靠性、普遍性差

1.热力学系统及平衡态 根据系统和外界有无能量和物质交换,可把热力学系统可以分为孤立系统(无 能量交换和物质交换)、封闭系统(无物质交换但有能量交换)、开放系统 (既有能量交换又有物质交换) 平衡态是指没有外界影响(和外界没有物质和能量交换)的条件下,系统的宏 观性质不随时间变化。注意:平衡态和稳定态区分开,稳定态是在外界维持下 系统的宏观性质不随时间变化。 为了描述热力学系统的平衡状态,引出了力学参量(如压强,力等)、几何参 量(如体积,面积,长度等)、化学参量(质量,物质的量等)、电磁参量 (电场强度,磁场强度等)等四类状态参量。对于固定质量的气体、液体、各 向同性固体的均匀系统,在没有外力场作用的情况下,只需要2个独立参量即 可 稳定平衡随遇平衡亚稳定平衡不稳定平衡

系统状态的描述 微观量:分子的质量、速度、动量、能量等。 在宏观上不能直接进行测量和观察。 宏观量:温度、压强、体积等。 在宏观上能够直接进行测量和观察 宏观量与微观量的关系: 宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章 的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中,所测 量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值

系统状态的描述 微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。 宏观量： 温度、压强、体积等。 在宏观上不能直接进行测量和观察。 在宏观上能够直接进行测量和观察。 宏观量与微观量的关系： 宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章 的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测 量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值

气体的状态参量平衡态 、体积V 气体分子所能达到的空间范围.[单位:m 、压强P 气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力 [单位Pa]1Pa=N/m2 1 mmhG=133.3Pa 2标准大气压atm) latm=760mmHg=1.013x10 Pa

气体的状态参量平衡态 一、体积V 气体分子所能达到的空间范围. [单位: m3 ] 二、压强P 气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力. [单位:Pa] 1Pa=1N/ m2 1.1mmHg=133.3Pa 2.标准大气压(atm) 1 tm 760mmHg 1.013 10 Pa 5 a = = 

温度t,T 反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度 1摄氏温标(t) 单位:℃C] 2热力学温标(T) 单位K 两者换算关系:T=273.15+t 状态参量:表征气体有关特性的物理量 如P、V、T等

温度 t , T 反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度 1.摄氏温标( t ) [单位:℃] 2.热力学温标( T ) [单位:K] 两者换算关系: T=273.15+t 状态参量：表征气体有关特性的物理量 如P、V、T等

2.热力学第零定律 实验表明:如果两个热力学系统同时与第三个热力学系统处于热平衡,则两个 热力学系统彼此处于热平衡,这称为热平衡定律或热力学第零定律 3.物态方程 在此热平衡定律基础上引入了温度的概念,温度和状态参量之间的关系式就是 物态方程,物态方程的具体形式由试验确定,必须强调:因为物态方程描述的 是平衡态参量间的关系,只有均匀系才有物态方程,非均匀系可以分为若干个 均匀部分,每个均匀部分都有其物态方程,但对于整个非均匀系而言,并无 个单一的总物态方程。均匀物质的物态方程为 f(Pv=0,或者T=(P刀 或P=F(刀),或矿=P7 以上三式等价。与物态方程紧密相关的是 膨胀系数: P,压强系数: 7,等温压缩系数: k=识丽r,它们之间的关系为=P,此式由循环关系可证

4.准静态过程中的功 研究热力学系统状态变化就要涉及到做功问题,在热力学中经常硏究的是准静 态过程,顾名思义,“准”,接近于静态的过程,非常缓慢的过程,当然这也 W=∑啊 是个理想的极限概念,在准静态过程中,外界对系统做功为 其中Y为广义力,为为广义坐标,几个简单系统的元功表达式为 系统广义力广义位移元功表达式 般系统 界W=2y PV系统 P y SH=-Pdr 磁介质 馬H M 8W=HoHAM 电解质 P8= 液体表面薄膜 SHEndA 弹性棒 L8=

作机械功改变系统「 作电功改变系统 状态的焦耳实验 状态的实验 ④

作机械功改变系统 状态的焦耳实验 A V 作电功改变系统 状态的实验

内能(状态量) 实验证明系统从A状态变化到B状态,可以采 用做功和传热的方法,不管经过什么过程,只要始 末状态确定,做功和传热之和保持不变 AlB+ 2AB =Wa2B+242 B 41B24+QA1B2A=0

实验证明系统从A 状态变化到 B 状态，可以采 用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始 末状态确定，做功和传热之和保持不变 . 一 内 能 （状态量） 2 A B * 1 * p o V WA1B2A + QA1B2A = 0 WA1B + QA1B =WA2B + QA2B 2 A B * 1 * p o V

理想气体内能:表征系统状态的单值函数, 理想气体的内能仅是温度的函数 E=E(T) ◆系统内能的增量只与系统起始和终了状态有 关,与系统所经历的过程无关 2 B 2 B △En=C △E AB ′A1B2A 0

系统内能的增量只与系统起始和终了状态有 关，与系统所经历的过程无关 . E = E(T) 理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 , 理想气体的内能仅是温度的函数 . EAB =C EA1B2A = 0 2 A B * 1 * p o V 2 A B * 1 * p o V