广东工业大学：《大学物理》课程教学课件（PPT讲稿）第十一章 热力学基础（11.1-11.6）

第11拿热力学基础 风力发电 为了环境不受污染，也为解决一次性能源大量消耗终将导致枯竭的危险，人 们在不断的寻求新能源。目前全球风力发电装机容量已超过13932MW

第11章 热力学基础 风力发电 为了环境不受污染，也为解决一次性能源大量消耗终将导致枯竭的危险，人 们在不断的寻求新能源。目前全球风力发电装机容量已超过13932 MW

s11.1 热力学的研究对象和研究方法 一.热学的研究对象 热现象 物体与温度有关的物理性质及状态的变化 热学 研究热现象的理论 热力学 从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观 规律 二.热学的研究方法 宏观量 描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体 积、热容量、密度、熵等。 微观量 描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、 动量等

§11.1 热力学的研究对象和研究方法 一.热学的研究对象 热现象 热 学 物体与温度有关的物理性质及状态的变化 研究热现象的理论 热力学 从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观 规律 宏观量 二. 热学的研究方法 微观量 描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体 积、热容量、密度、熵等。 描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、 动量等

宏观理论 微观理论 (热力学)】 (统计物理学) 研究对象 热现象 热现象 物理量 宏观量 微观量 出发点 观察和实验 微观粒子 方法 总结归纳 统计平均方法 逻辑推理 力学规律 优点 普遍，可靠 揭露本质 缺点 不深刻 无法自我验证 二者关系 热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热 力学本质

出 发 点 观察和实验 微观粒子 热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热 力学本质 二者关系 缺 点 不深刻 无法自我验证 优 点 普遍，可靠 揭露本质 统计平均方法 力学规律 总结归纳 逻辑推理 方 法 物 理 量 宏观量 微观量 研究对象 热现象 热现象 微观理论 （统计物理学） 宏观理论 （热力学）

§11.2平衡态与准静态过程 理想气体状态方程 一.系统和外界 ·热力学系统 热力学所研究的具体对象，简称系统。 系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。 ·外界 系统以外的物体 ·系统与外界可以有相互作用 例如：热传递、质量交换等 系统 ·系统的分类 开放系统 系统与外界之间，既有物 质交换，又有能量交换

§11.2 平衡态与准静态过程 理想气体状态方程 一. 系统和外界 热力学系统 热力学所研究的具体对象，简称系统。 外界 系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。 系统以外的物体 系统与外界可以有相互作用 例如：热传递、质量交换等 系统 • • • • 系统的分类 开放系统 系统与外界之间，既有物 质交换，又有能量交换

封闭系统 系统与外界之间，没有物质交换，只有能 量交换。 孤立系统 系统与外界之间，既无物质交换，又无能 量交换。 二.气体的状态参量 体积()气体分子可能到达的整个空间的体积 压强p) 大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的 宏观效果 温度(T 大量分子热运动的剧烈程度 温标：温度的数值表示方法 国际上规定水的三相点温度为273.16K

封闭系统 孤立系统 系统与外界之间，没有物质交换，只有能 量交换。 系统与外界之间，既无物质交换，又无能 量交换。 二.气体的状态参量 温度(T) 体积(V) 压强(p) 气体分子可能到达的整个空间的体积 大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的 宏观效果 大量分子热运动的剧烈程度 温标：温度的数值表示方法 国际上规定水的三相点温度为273.16 K

三.平衡态 1.定义在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质 在长时间内不发生变化的状态。 说明 (1)不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方 式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒 是一种稳定态，而不是平衡态； 高温T1 低温T2 处于重力场中气体系统的粒子数密 度随高度变化，但它是平衡态。 (2)平衡是热动平衡

1.定义 在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质 在长时间内不发生变化的状态。 三. 平衡态 说明 (1) 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方 式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如： 两头处于冰水、沸水中的金属棒 是一种稳定态，而不是平衡态； 处于重力场中气体系统的粒子数密 度随高 度变化，但它是平衡态。 高温T1 低温T2 (2) 平衡是热动平衡

(3)平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值（心，'，T表示 (④)平衡态是一种理想状态 四.准静态过程 热力学过程 系统从某状态开始经历一系列的中间状态 到达另一状态的过程。 准静态过程 在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态

(3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示 (4) 平衡态是一种理想状态 四.准静态过程 系统从某状态开始经历一系列的中间状态 到达另一状态的过程。 热力学过程 1 2 1 2 准静态过程 在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态

非准静态过程系统经历一系列非平衡态的过程 实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间远大于 系统的驰豫时间，均可看作准静态过程。如：实际汽缸的 压缩过程可看作准静态过程 ☑ ●●● 说明 (1)准静态过程是一个理想过程； (2)除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情 况下都可以把实际过程看成是准静态过程：； (3)准静态过程在状态图上可用一条曲线表示，如图

非准静态过程 系统经历一系列非平衡态的过程 实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间远大于 系统的驰豫时间，均可看作准静态过程。如：实际汽缸的 压缩过程可看作准静态过程 S 说明 (1) 准静态过程是一个理想过程； (3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示, 如图. (2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情 况下都可以把实际过程看成是准静态过程； O V p

五.理想气体的状态方程（平衡态） 气体的状态方程 T=f(p,V) 理想气体的状态方程 PV=RT(克拉珀龙方程) 个说明 (1)理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉 珀龙方程的气体； (2)实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作 理想气体处理。且温度越高、压强越低，精确度越高： (③)混合理想气体的状态方程为 其中p=∑P

五.理想气体的状态方程 气体的状态方程 T = f ( p,V) (3) 混合理想气体的状态方程为 PV =RT RT M m pV = =  i p pi =  i m mi  = i i m M  其中 理想气体的状态方程 （平衡态） (1) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉 珀龙方程的气体； (2) 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作 理想气体处理。且温度越高、压强越低，精确度越高. 说明 （克拉珀龙方程）

例一柴油的汽缸容积为0.827×103m3。压缩前汽缸的空气温 度为320K,压强为8.4×104Pa,当活塞急速推进时可将空 气压缩到原体积的1/17，使压强增大到4.2×10°Pa。 求这时空气的温度 解 7= T T 4.2×1061 T3= ×六×320=941K 8.4×10417 T2>柴油的燃点 若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推 动活塞作功，这就是柴油机点火的原理

一柴油的汽缸容积为0.827×10-3 m 3 。压缩前汽缸的空气温 度为320 K， 压强为8.4×104 Pa ，当活塞急速推进时可将空 气压缩到原体积的1/17 ， 使压强增大到 4.2×106 Pa 。 解 2 2 2 1 1 1 T p V T pV = 1 1 1 2 2 2 T pV p V T = 320 941K 17 1 8.4 10 4.2 10 4 6 2   =   T = T2 > 柴油的燃点 若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推 动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。 例 求 这时空气的温度