广东工业大学：《大学物理》课程教学资源（课件讲稿）第二篇 热学 第5章 热力学基础（准静态过程、功、热量和内能、热力学第一定律及其应用）

(里度本2*大穷 第5章热力学基础 大号物理A教素 第二篇热学 第5章 热力学基础

第5章 热力学基础 大学物理A教案 第二篇 热 学 第5章 热力学基础

国桑水2黄大皇 第5章热力学基础 大学物理A教素 热力学（1) 主要内容： ⊙准静态过程功热量和内能 ⊙热力学第一定律在各等值过程中的应用

第5章 热力学基础 大学物理A教案 热力学(1) 主要内容： 准静态过程 功 热量和内能 热力学第 定律在各等值过程中的应用 热力学第一定律在各等值过程中的应用

国廉本2求大堂 第5章热力学基础 大雪物理A教素 第5章热力学基础 主要内容：热力学第一和第二定律 第一定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律，第二 定律则讨论热功转换的条件和热力学过程进行的方向性。 研究方法： 热力学的研究方法一能量法（宏观法） 以实验事实为基础，从能量观点出发，分析研究物态变化 过程中有关功热转换的关系和条件，是宏观理论

第5章 热力学基础 大学物理A教案 第5章 热力学基础 主要内容: 热力学第一和第二定律 第 定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律 第 第一定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律 定律是包括热现象在内的能量转换与守恒定律，第二 定律则讨论热功转换的条件和热力学过程进行的方向性。 研究方法: 热力学的研究方法 能量法（宏观法） 以实验事实为基础 以实验事实为基础, 从能量观点出发 从能量观点出发, 分析研究物态变化 过程中有关功热转换的关系和条件，是宏观理论

(但度本2黄大穷 第5章热力学基础 大号物理A教素 §5.1准静态过程功热量和内能 1、准静态过程与相图 O准静态过程(approximate static process)(平衡过程)： 实际热力学过程的近似，要求过程进行得足够缓慢，过程 中系统的每一个中间状态都是平衡态。 本课程有关计算功和热量的过程均设为准静态过程。 非静态过程一中间状态不是平衡态 ⊙相图：以状态参量为坐标轴构成相空间 平衡态一对应相空间中的一个点 准静态过程一 对应相空间中的一 P。 条线（直线或曲线） 注：热力学中有关计算功和热量的过 程均设为准静态过程

第5章 热力学基础 大学物理A教案 §5 1. 准静态过程 功 热量和内能 1、准静态过程与相图 ◎准静态过程(approximate static process) （平衡过程）： 实际热力学过程的近似,要求过程进行得足够缓慢，过程 中系统的每 个中间状态都是平衡态 中系统的每一个中间状态都是平衡态。 本课程有关计算功和热量的过程均设为准静态过程。 非静态过程 中间状态不是平衡态 ◎相图：以状态参量为坐标轴构成 相空间 p 平衡态 —— 对应相空间中的一个点 准静态过程 —— 对应相空间中的一 po 条线（直线或曲线） 注: 热力学中有关计算功和热量的过 V1 V2 V 注 热力学中有关计算功和热量的过 程均设为准静态过程

国廉上黄大避 第5章 热力学基础 大学物理A教素 2、准静态过程中功的计算 功(work)—改变系统状态（改变内能）的一种方式 有规则运动与无规则运动（热运动）之间的能量转换， 与宏观位移相联系。 气缸中气体压强为p时，作 用于活塞的压力为 f=ps 气体作准静态膨胀dl时，气 体对外作的元功为 dw psdl pdv 系统从状态1沿任意过程曲线 到状态2，对外作的总功为 L

第5章 热力学基础 大学物理 A教案 2 准静态过程中功的计算 有规则运动与无规则运动 （热运动 ）之间的能量转换， 功(work) ——改变系统状态 (改变内能 )的一种方式 2 、准静态过程中功的计算 有规则运动与无规则运动 （热运动 ）之间的能量转换， 与宏观位移相联系。 气 中气体压强为 缸中气体压强为 p 时 作， 用于活塞的压力为 f  p s S p f p 气体作准静态膨胀 dl 时，气 体对外作的元功 为 dW psdl pdV   d l 系统从状态1沿任意过程曲线 到状态 对外作的总功为 p 1 V2 W dV  到状态2，对外作的总功为 2 V1 W  pdV  V V1 V2

里廉本2求大净 第5章热力学基础 大雪物理A教素 系统所做的功A,数值上等于p-V图上过程曲线下的面积。 系统膨胀，对外作功，W>0 系统压缩，外界对系统作功，W<0 公式 热力学中计算功 的一般式（体积功） 注意：功是 一个过程量

第5章 热力学基础 大学物理A教案 系统所做的功A , 数值上等于 p-V 图上过程曲线下的面积 图上过程曲线下的面积。 p 1 p 2 p 1 I 2 W  0 2 1 W  0 1 Ⅱ 2 V1 V2 V W  0 V2 V1 V W  0 V V V 系统膨胀，对外作功，W  0 系统压缩，外界对系统作功，W  0 V1 V2 V 系统压缩，外界对系统作功，W  0 V2 热力学中计算功 W dV  公式 热力学中计算功 的一般式(体积功) V1 W  pdV  公式 注意：功是一个过程量

(但度本2*大皇 第5章热力学基础 大号物理A教素 3、热量ea)—改变系统状态（系统内能）的另一种方式 系统与外界之间热运动能量的传递，通过分子碰撞来实 现，与温差相联系。 热量用Q表示，单位为J。Q>0,表示系统吸热， Q<0,系统放热。 注意：热量Q也是过程量 ◎摩尔热容量Molar specific heat): 1mol物质温度升高1K所吸收的热量。用C表示 C=lim △Qdg A70△TdT J/(mol.K) 因为热量Q是过程量，因此同一物质可有无数个摩 尔热容量。常用的有两个

第5章 热力学基础 大学物理A教案 3、热量(heat) ——改变系统状态(系统内能)的另一种方式 系统与外界之间热运动能量的传递，通过分子碰撞来实 现 与温差相联系 3、热量(heat) ——改变系统状态(系统内能)的另 种方式 现，与温差相联系。 热量用 Q 表示，单位为 J 。Q > 0，表示系统吸热， Q < 0 , 系统放热。 注意：热量Q也是过程量 1 mol 物质温度升高1 K 所吸收的热量。用 C 表示 ◎摩尔热容量(Molar specific heat) ： 1 mol 物质温度升高1 K 所吸收的热量。用 C 表示 Q dQ C    lim J/(mol K) T dT C T0  lim J/(mol.K) 因为热量 Q 是过程量，因此同 是过程量，因此同 物质可有无数个摩 一物质可有无数个摩 尔热容量。常用的有两个

国桑本2黄大逢 第5章 热力学基础 大雪物理A表素 ⊙定压摩尔热容量C。 1mol气体在等压过程中，温度升高1K所吸收的热量。 C,= do ⊙定容摩尔热容量C 1mol气体在等体过程中，温度升高1K所吸收的热量。 d№ 热力学中计算热量的一般式 C,dT =v"C,di x表示任 意过程

第5章 热力学基础 大学物理A教案 ◎定压摩尔热容量 C  dQ  1 mol 气体在等压过程中，温度升高 1 K 所吸收的热量。 ◎定压摩尔热容量 Cp p p dT dQ C    1 mol 气体在等体过程中，温度升高 1 K 所吸收的热量。 ◎定容摩尔热容量 CV V T Q C    dd 1 mol 气体在等体过程中，温度升高 1 K 所吸收的热量。 V V  dT  热力学中计算 的 般式 热量 一 C dT C dT m Q T T     2 2  x 表示任 C dT C dT 意过程 M Q T x T x  x  1 1  意过程

国底之大避 第5章热力学基础 大雪物理A教章 4、 内能(internal energy)— 系统内部的能量 一个反映热力学系统状态特性的宏观物理量。分子动理论观 点：系统的内能是系统内所有分子无规则热运动的动能和分子间 相互作用的势能之总和。气体的内能应是温度和体积的函数。 对理想气体，分子间相互作用力忽略不计，因而无分子势 能，理想气体的内能只是温度的单值函数。 理想气体 内能是个状态量， 内能公式 M2 是温度的单值函数 式中i是分子自由度，单原子气体i=3,双原子气体i=5 多原子气体i=6 热力学中关心的是内能的改变量。一定量的理想气体，温度 由I变到T,时，内能的改变量按下式计算 R(2-T) AE=E2-E=M2

第5章 热力学基础 大学物理A教案 4、内能(internal energy)——系统内部的能量 一个反映热力学系统状态特性的宏观物理量。分子动理论观 点：系统的内能是系统内所有分子无规则热运动的动能和分子间 4、内能(internal energy) 系统内部的能量 点：系统的内能是系统内所有分子无规则热运动的动能和分子间 相互作用的势能之总和。气体的内能应是温度和体积的函数。 对理想气体，分子间相互作用力忽略不计，因而无分子势 RT m i E 内能是个状态量， 能，理想气体的内能只是温度的单值函数。 理想气体 RT M E 2  内能是个状态量， 是温度的单值函数 理想气体 内能公式 式中 是分子自由度 单原子气体 i 3 双原子气体 i 5 热力学中关心的是内能的改变量 一定量的理想气体 温度 式中i是分子自由度，单原子气体 ，双原子气体 多原子气体 i  3 i  5 i  6 热力学中关心的是内能的改变量。 定量的理想气体，温度 由T1变到T2时，内能的改变量按下式计算 m i ( ) 2 1 2 1 2 R T T i Mm E  E  E  

国亲本工黄大皇 第5章热力学基础 大号物撑A教素 §5.2热力学第一定律及其应用 1、热力学第一定律 数学形式： Q=△E+W=E2-E,+ (积分形式) 对于微小过程， do dE pav (微分形式)】 注意： *系统吸热Q>0，系统放热Q0,外界对系统作功W0,系统内能减少△E<0。 *第一类永动机是不可能实现的

第5章 热力学基础 大学物理A教案 §5 2 热力学第一定律及其应用 1、热力学第一定律 §5.2 热力学第 定律及其应用 数学形式： V2 Q E W E E dV   (积分形式） 对于微小过程 1 2 1 V Q EW E E     pdV  (积分形式） 对于微小过程， dQ dE  pdV (微分形式） 注意： dQ  dE  pdV (微分形式） * 系统吸热 Q > 0 ，系统放热 Q 0 ，外界对系统作功 外界对系统作功 W < 0 。 * 系统内能增加 ，系统内能减少 。 E  0 E  0 * 第一类永动机是不可能实现的