西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第四篇 热力学与统计物理 第八章 热力学基本定律 第一节 热力学基本概念 第二节 温度 热力学温标 第三节 热力学第一定律及其应用

同学们好

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大学物理 第四篇热力学与统计物理 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)《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 由现象出发一一原理性理论 宏观理论 第2页共32页

大学物理 第2页 共32页 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 第四篇 热力学与统计物理 1)《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

2)《统计物理》 大学物理 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 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 第3页共32页

大学物理 第3页 共32页 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 2)《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

大学物理 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4页共32页

大学物理 第4页 共32页 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

大学物理 第八章熟力学基本定律」 第一节热力学基本概念 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 第5页共32页

大学物理 第5页 共32页 第八章 热力学基本定律 第一节 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 开放系统 孤立系统 系统 封闭系统 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

大学物理 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规律 热力学平衡态 广延量∝m,有可加性,如VE 物理量 强度量无可加性,如p、T 状态参量—描述系统状态的独立变量 平衡态—状态参量不随时间变化—一热动平衡 第6页共32页

大学物理 第6页 共32页 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规律 二、热力学平衡态 广延量 强度量  m,有可加性，如 V、E 无可加性，如 p、T 物理量 状态参量——描述系统状态的独立变量 平衡态——状态参量不随时间变化——热动平衡

大学物理 三、热力学过程 系统状态变化 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<10-4s 第7页共32页

大学物理 第7页 共32页 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 三、热力学过程 —— 系统状态变化 气体等温膨胀 10 s −4 驰豫时间 例：气体自由膨胀 T

大学物理 四、状态参量 容积V 几何角度描述系统 理想气体Ⅳ=容器的容积 v:分子活动空间{真实气体v<容器的容积 2.压强p 单位1l=1dm3=103cm3 力学角度描述系统 大量气体分子垂直作用于器壁 表面、单位面积的作用力 P 单位:帕斯卡(Pa) 1atm=1.013×105Pa 第8页共32页

大学物理 第8页 共32页 1. 容积V 几何角度描述系统 2. 压强 p 力学角度描述系统 V：分子活动空间 理想气体 V = 容器的容积 真实气体 V < 容器的容积 单位 1l =1dm3=103cm3 p 大量气体分子垂直作用于器壁 表面、单位面积的作用力 单位：帕斯卡（Pa） 1atm=1.013105Pa 四、状态参量

3.温度T 大学物理 热力学角度描述系统 宏观:物体的冷热程度 T1微观:分子热运动的剧烈程度 单位:开尔文K) 4.摩尔数 A 化学角度描述系统 状态参量关系 状态方程、NR7 5.系统内能E 第9页共32页

大学物理 第9页 共32页 3. 温度T 热力学角度描述系统 T 宏观：物体的冷热程度 微观：分子热运动的剧烈程度 单位：开尔文(K) 4. 摩尔数 化学角度描述系统  M 状态参量关系 —— 状态方程 RT M pV  = 5. 系统内能 E

大学物理 五、相平面相图 以状态参量为坐标变量 相平面、相空间。 a(,,T 平衡态对应相图中的点 II 平衡过程—对应相图中的线。O 例:等温、等压、等体过程的相图 P 2 P1 P 第10页共32页

大学物理 第10页共32页 五、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 p V O (p,V,T)  II