《大学物理》课程PPT教学课件（二）第20章 热力学第一定律和第二定律 20.1 热力学基本概念 20.2 热力学第一定律及其应用

同学们好

热学发展历史的两大特征: >技术—物理技术模式 >两种研究方法两种理论 1)《统计物理》 物质的微观结构]统计方法确定宏观量与微观量 的联系,描述热现象 粒子的热运动平均效果的规律和本质 由基本假设 构造性理论 微观理论

热学发展历史的两大特征： ➢ 技术——物理——技术模式 ➢ 两种研究方法——两种理论 1)《统计物理》 物质的微观结构 粒子的热运动 统计方法 平均效果 确定宏观量与微观量 的联系，描述热现象 的规律和本质 由基本假设 构造性理论 微观理论

2)《热力学》 观测归纳热现象基本定律,宏观过程进行 实验 的方向和限度,不涉及微观本质 永动机是不可能成功的 自然遵循什么法则 由现象出发—→原理性理论 宏观理论 3)相互关系:互相补充,相辅相成 热力学宏观理论,基本结论来自实验事实, 验证解释 普遍可靠,但不能解释其微观本质 其理其理 论论 统计物理微观理论,揭示热现象本质

2)《热力学》 观测 归纳 实验 热现象基本定律，宏观过程进行 的方向和限度，不涉及微观本质 永动机是不可能成功的 自然遵循什么法则 由现象出发 原理性理论 宏观理论 验证 其理 论 解释 其理 论 3) 相互关系： 互相补充，相辅相成 统计物理 热力学 宏观理论，基本结论来自实验事实， 普遍可靠，但不能解释其微观本质 微观理论，揭示热现象本质

第二十章热力学第一定律和第二定律 结构框图 等值过程 热力学应用 热力学系统功 第一定律(理想气体)绝热过程 内能变化的 两种量度热量 循环过程 热力学 第二定律 卡诺循环 (对热机效率 的研究) 学时:8

第二十章 热力学第一定律和第二定律 结构框图 热力学系统 内能变化的 两种量度 功 热量 热力学 第一定律 热力学 第二定律 等值过程 绝热过程 循环过程 卡诺循环 应用 （理想气体） （对热机效率 的研究） 学时： 8

§20.1热力学基本概念 热力学系统外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系。 其比邻环境称为外界 开放系统与外界有m、E交换 系统{封闭系统与外界有E交换,无m交换 孤立系统与外界无E、m交换

§20.1 热力学基本概念 一、热力学系统 外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系。 其比邻环境称为外界 与外界有 m、E 交换 与外界有 E 交换，无 m 交换 与外界无 E、m 交换 开放系统 孤立系统 系统 封闭系统

例 绝热 开放系统 封闭系统 孤立系统 热力学:研究热力学系统的状态及状态变化 状态参量、热力学过程 1.描述系统宏观性质的物理量:p、T、V、E 广延量∝m,有可加性,如V、E 强度量无可加性,如p、T 状态参量有确定的值——平衡态

二、状态参量、 热力学过程 1. 描述系统宏观性质的物理量：p、T、V、E ... 广延量 强度量  m,有可加性，如 V、E 无可加性，如 p、T 状态参量有确定的值——平衡态 绝 热 例 开放系统 封闭系统 孤立系统 热力学： 研究热力学系统的状态及状态变化

2、系统状态变化—一热力学过程 非静态过程:中间状态不是平衡态 准静态过程:过程进行得足够缓慢 (平衡过程) 中间状态平衡态 例:气体自由膨胀 气体等温膨胀 真空 T 驰豫时间<10-s

2、系统状态变化——热力学过程 非静态过程： 中间状态不是平衡态 准静态过程： （平衡过程） 过程进行得足够缓慢 中间状态 ~ 平衡态 气体等温膨胀 10 s −4 驰豫时间 例：气体自由膨胀 T

3.相平面相图 以状态参量为坐标变量 相平面、相空间 平衡态 对应相图中的点 平衡过程—对应相图中的线 例:等温、等压、等体过程的相图 P p2

3. 相平面 相图 以状态参量为坐标变量 —— 相平面、相空间 平衡态 —— 对应相图中的点 平衡过程 —— 对应相图中的线 例： 等温、等压、等体过程的相图 V V V O V1 V2 O V1 V2 O V p p p p p2 p1 p2 p1

三、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 系统内能E 广义:系统内所有粒子各种能量总和 平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能. 不包括系统整体机械能 狭义:所有分子热运动能量和分子间相互作用势能 例:实际气体E=E(7,V) Mi 理想气体E=-R7=E(7) 2

三、系统内能 热力学主要研究系统能量转换规律 1.系统内能 E 广义： 系统内所有粒子各种能量总和 平动、转动、振动能量、化学能、原子能、核能... 不包括系统整体机械能 狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能 例：实际气体 E = E(T,V) 理想气体 ( ) 2 RT E T M i E = = 

2.内能E是状态函数 内能变化△E只与初末状态有关,与所经过的过程 无关,可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。 做功 3.内能变化方式 l热传递 四、功和热量 =0 1.准静态过程的体积功 S dA=Fd=pSdz= pdv d dl a=pdr 注意:非静态过程不适用

2. 内能 是状态函数 内能变化 只与初末状态有关，与所经过的过程 无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。 E △E 四、功和热量  = 2 1 d V V A p V 注意：非静态过程不适用 3. 内能变化方式 做功 热传递 1. 准静态过程的体积功 dA = F dl = p Sdl = pdV    = 0 p F s dV dl