西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六篇 多粒子体系的热运动 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

第六篇多粒子体系的热运动 第20章热力学第一定律和第二定律 本章共4讲

? 本章共4讲 第六篇 多粒子体系的热运动 第20章 热力学第一定律和第二定律

第二十章热力学第一定律和第二定律 当一个科学家发现,自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙,他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉,我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的 杨帳宁 结构框图 等值过程 热力学系统功 热力学应用 第一定律 绝热过程 内能变化的 (理想气体) 热力学 循环过程 两种量度热量第二定律《对热机效率的研究) 卡诺循环 学时:8

第二十章 热力学第一定律和第二定律 当一个科学家发现，自然界的结构有 这么多不可思议的奥妙，他会有一个触 及灵魂的震动。而这个时候的感觉，我 想是和最真诚的宗教信仰很接近的。 －－－杨振宁 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

三·重点 內能、功、热量、摩尔热容,泊松比 热力学第一定律 热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温 过程,绝热过程,和各种循环过程。 卡诺循环 热机效率和制冷系数 热力学第二定律 难点: 热力学概率,热力学第二定律的统计意义

重点： 内能、功、热量、摩尔热容，泊松比 热力学第一定律 热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温 过程，绝热过程，和各种循环过程。 卡诺循环 热机效率和制冷系数 热力学第二定律 难点： 热力学概率，热力学第二定律的统计意义

前言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)微观理论-《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, 粒子的热运动平均效果描述热现象的规律和本质 由基本假设—构造性理论 2)宏观理论-《热力学》 观测归纳热现象基本定律,宏观过程进行 实验 方向和限度,不涉及微观本质 由现象出发 原理性理论 永动机是不可能成功的—自然遵循什么法则

1)微观理论－《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 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 前言 2)宏观理论－《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

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,普遍可靠 解释验i但不能解释其本质 统计物理-微观理论,揭示热现象本质 热力学第一定律 的创始人 热力学第二定律 的创始人 开尔文 克劳修斯

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， 但不能解释其本质 微观理论，揭示热现象本质 解释 验证 热力学第一定律 的创始人 热力学第二定律 的创始人

820.1热力学基本概念 、热力学系统外界 大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统 与其比邻的环境称为外界 开放系统:与外界有m、E交换 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 例 绝热 开放系统 封闭系统 孤立系统

§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、有限的体系称为热力学系统。 与其比邻的环境称为外界 与外界有 E 交换，无 m 交换 开放系统： 封闭系统： 孤立系统： 与外界有 m、E 交换 与外界无 E、m 交换 绝 热 例 开放系统 封闭系统 孤立系统

二、状态参量、热力学过程 热力学研究热力学系统的状态及状态变化 1.描述系统宏观性质的物理量,如:p、T、VE 称为系统的状态参量。 广延量∝m,有可加性,如V、E 强度量无可加性,如p、T 状态参量有确定值的状态平衡态 2、系统状态变化热力学过程 例:气体自由膨胀 气体等温膨胀 准静态过程 非静态过程:}%是 (平衡过程) 过程进行得足够 真空 中间状态不 是平衡态 缓慢 中间状态~平衡态 驰豫时间<10-s

1. 描述系统宏观性质的物理量，如：p、T、V、E ... 称为系统的状态参量。 广延量 强度量  m, 有可加性，如 V、E 无可加性，如 p、T 状态参量有确定值的状态——平衡态 二、状态参量、 热力学过程 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——热力学过程 例：气体自由膨胀 非静态过程： 中间状态不 是平衡态 气体等温膨胀 准静态过程： 过程进行得足够 缓慢 中间状态 ~ 平衡态 10 s −4 驰豫时间 （平衡过程）

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

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

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 指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,) 理想气体E M RT=E(T) μ2 刚性分子) 2.内能E是状态函数 内能变化AE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

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 指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 (刚性分子) RT E(T ) M i E = =  2 2. 内能E 是状态函数 内能变化ΔE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内能变化方式热传递 四、功和热量 1.准静态过程的体积功 心=0 d4=F·dl=pSdl=pd dy A= pdv I+d1 注意:非静态过程不适用

四、功和热量  = 2 1 d V V A p V 注意：非静态过程不适用 1. 准静态过程的体积功 dA = F dl = pSdl = pdV   3. 内能变化方式 做功 热传递