热力学的物理基础
大学物理第8章：热力学基础
说明：A. 准静态过程为理想过程
弛豫时间 ( )：系统的平衡态被 破坏后再恢复到新的平衡态所需 要的时间。
气缸
B.一个热力学过程为准静态过程的必要条件为过程 所经历的时间大于驰豫时间 t 如：若气缸缸长 L 101 (m )，则 103 ~ 104 ( s ) 若活塞以每秒几十次的频率运动时， 每移动一次经 1 tt 时 t 10 ( s ) ，则满足 ， C.准静态过程可以用宏观参量图给予表示
讨论： (1) n=0, 等压过程，Cp=CV+R ,过程方程: T/V=C4; (2) n=1, 等温过程，CT = , 过程方程: pV=C5; (3) n= , 等体过程, CV =iR/2 , 过程方程: p/T=C6; (4) n= , 绝热过程，CQ=0, 过程方程:
pV C1 , TV
RdT
由 pV=RT 于是得
C CV
pdV
pdV+Vdp=RdT
R pdV (1 ) Vdp 0 C CV dp R dV (1 ) 0 p C CV V
令
R 1 n —多方指数 C C V
21
dp dV n 0 p V
完成积分就得多方过程的过程方程：
V1
V2
i ( p2V2 p1V1 ) 2
只与始末状态有关
M i RT 2
( if
c const )
Q cM (T2 T1 )
与过程有关
特点
与过程有关
对微小过程：dQ=dE + dA
M i dQ RdT pdV 2
14
例题 8-2 如图所示，一定量气体经过程abc吸热 700J,问：经历过程abcda吸热是多少？ 解 Q= E2-E1 + A i 过程abc : 700= Ec -Ea+ Aabc= ( pcVc paVa ) Aabc
大学物理热力学基础
大学物理热力学基础热力学是物理学的一个分支，它研究热现象中的物理规律，包括物质的热性质、热运动和热转化。
在大学物理课程中，热力学基础是物理学、化学、材料科学、工程学等学科的基础课程之一。
热力学基础主要涉及以下几个方面的内容：1、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统中，能量不能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。
这个定律说明，能量在传递和转化过程中是守恒的，不会发生质的损失。
2、热力学第二定律热力学第二定律是指热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反过来。
这个定律说明，热量传递的方向是单向的，不可逆的。
这个定律对于理解能源转换和利用具有重要意义。
3、热力学第三定律热力学第三定律是指绝对零度下，物质的熵（表示物质混乱度的量）为零。
这个定律说明，在绝对零度下，所有物质的分子和原子都处于静止状态，没有热运动，因此熵为零。
这个定律对于理解物质在低温下的性质和行为具有重要意义。
4、理想气体状态方程理想气体状态方程是指一定质量的气体在恒温条件下，其压力、体积和密度之间的关系。
这个方程对于理解气体在平衡状态下的性质和行为具有重要意义。
5、热容和焓热容和焓是描述物质在加热和冷却过程中性质变化的物理量。
热容表示物质吸收或释放热量的能力，焓表示物质在恒温条件下加热或冷却时所吸收或释放的热量。
这两个物理量对于理解和分析热现象具有重要意义。
大学物理热力学基础是物理学的重要分支之一，它为我们提供了理解和分析热现象的基本理论工具。
通过学习热力学基础，我们可以更好地理解能源转换和利用的原理，为未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。
在无机化学的领域中，化学热力学基础是理解物质性质、反应过程和能量转换的重要工具。
本篇文章将探讨化学热力学的基础概念、热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律。
一、化学热力学的基础概念化学热力学是研究化学反应和相变过程中能量转换的科学。
它主要涉及物质的能量、压力、温度和体积等物理量之间的关系。
物理化学第2章热力学第一定律
第二章热力学第一定律2.1 热力学的理论基础与方法1.热力学的理论基础热力学涉及由热所产生的力学作用的领域，是研究热、功及其相互转换关系的一门自然科学。
热力学的根据是三件事实：①不能制成永动机。
②不能使一个自然发生的过程完全复原。
③不能达到绝对零度。
热力学的理论基础是热力学第一、第二、第三定律。
这两个定律是人们生活实践、生产实践和科学实验的经验总结。
它们既不涉及物质的微观结构，也不能用数学加以推导和证明。
但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。
而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。
不过这都是指的在统计意义上的精确性和可靠性。
热力学第一定律是有关能量守恒的规律，即能量既不能创造，亦不能消灭，仅能由一种形式转化为另一种形式，它是定量研究各种形式能量(热、功—机械功、电功、表面功等)相互转化的理论基础。
热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。
利用热力学第三定律来确定规定熵的数值，再结合其他热力学数据从而解决有关化学平衡的计算问题。
2．热力学的研究方法热力学方法是：从热力学第一和第二定律出发，通过总结、提高、归纳，引出或定义出热力学能U，焓H,熵S,亥姆霍茨函数A,吉布斯函数G；再加上可由实验直接测定的p,V,T等共八个最基本的热力学函数。
再应用演绎法，经过逻辑推理，导出一系列的热力学公式或结论。
进而用以解决物质的p,V,T变化、相变化和化学变化等过程的能量效应(功与热)及过程的方向与限度，即平衡问题。
这一方法也叫状态函数法。
热力学方法的特点是：(i)只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；(ii)只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。
因此，热力学方法属于宏观方法。
2.2 热力学的基本概念1.系统与环境系统：作为某热力学问题研究对象的部分；环境：与系统相关的周围部分；按系统与环境交换内容分为：（1）敞开系统(open system) ：体系与环境间既有物质交换又有能量交换的体系。
大学物理热力学基础-准静态过程-功-热量内能
如果其中有一个状态为非平衡态，则此过程不是准静 态过程。如果系统进行的速度过快，系统状态发生变 化后，还未来得及恢复新的平衡态，系统又发生了变 化，则该过程也不是准静态过程。
例如：气缸活塞压缩的速
度过快，气体的状态发生
变化，还来不及恢复，P、
F
V、T 无确定关系，则此过
程为不是准静态过程。
3
PA
量为0。 dT 0 2.过程方程 PV C
恒 温 源 T
P 1
P1
3.过程曲线
4.功 A V2 PdV V1
P2 o V1
T
2 V2 V
17
由理想气体状态方程
P m RT
V
RT
V
A V2 RT dV RT V2 dV
V1
V
V V1
等温过程的功
A RT ln V2 m RT ln V2
m RT ln P1
P2
19
三、等压过程
1.过程特点
系统的压强不变 dP 0
P
2.过程曲线
3.内能增量
E m i RT
2
1
2
P
4.功 压强不变
o
V1
V2 V
A
V2 V1
PdV
P
V2
V1
dV
P (V2 V1 )
PV
20
5.热量
QP E A
m
14
热力学第一定 律在等值过程
中的应用
15
一、等容过程
1.过程特点
V
系统的体积不变 dV = 0
系统对外做功为0 dA = 0 2.过程曲线
高中物理知识点总结热力学基础
高中物理知识点总结热力学基础IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】一.教学内容：热力学基础（一）改变物体内能的两种方式：做功和热传递1. 做功：其他形式的能与内能之间相互转化的过程，内能改变了多少用做功的数值来量度，外力对物体做功，内能增加，物体克服外力做功，内能减少。
2. 热传递：它是物体间内能转移的过程，内能改变了多少用传递的热量的数值来量度，物体吸收热量，物体的内能增加，放出热量，物体的内能减少，热传递的方式有：传导、对流、辐射，热传递的条件是物体间有温度差。
（二）热力学第一定律1. 内容：物体内能的增量等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q 的总和。
2. 表达式：。
3. 符号法则：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值，吸收热量Q 取正值，物体放出热量Q取负值；物体内能增加取正值，物体内能减少取负值。
（三）能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。
在转化和转移的过程中，能的总量不变，这就是能量守恒定律。
（四）热力学第二定律两种表述：（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
（2）不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程都有方向性。
（3）热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的。
（4）熵是用来描述物体的无序程度的物理量。
物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大。
（五）说明的问题1. 第一类永动机是永远无法实现的，它违背了能的转化和守恒定律。
2. 第二类永动机也是无法实现的，它虽然不违背能的转化和守恒定律，但却违背了热力学第二定律。
（六）能源和可持续发展1. 能量与环境（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量提高，导致“温室效应”，使得地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。
大学物理~热力学基础
气体的内能
E i RT
2
(内能是态函数！)
气体的内能的增量
E i RT
2
二. 功
热量
P
S
dl
（1）功
计算系统在准静态膨胀过程中所作的功： dW F dl P S dl PdV
当活塞移动一段有限距离时
压强作功
W V2 P dV V1
V2
W PdV
热机发展简介
1698年萨维利和1705年纽可门先后发 明了蒸气机 ，当时蒸气机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了 效率 . 人们一直在为提高热机的效率而努 力，从理论上研究热机效率问题， 一方面 指明了提高效率的方向， 另一方面也推动 了热学理论的发展 .
各种热机的效率
大型柴油机效率
通过外界对系统作功的方法，提高系统的温 度，当系统的温度高于外界时，系统将当初所 吸的热量及由外界作功所转变的内能全部交还 给外界，系统恢复了原状。
外界呢？总能量没减少，但原来付出的机械能 变成了热能，外界没有恢复原状。所以
结论
热量从高温物体传到低温物 体的过程是不可逆的！
（3）气体的自由膨胀过程
dQ dE CV ( dT )V (dT )V
∵
1mol理想气体dE=
i 2
RdT
∴
Cv
=
i 2
R
（i为分子自由度）
所以，理想气体内能表达式又可写成
E CvT
2.定压摩尔热容量（Cp）：
1mol气体在定压过程中吸收热量dQ与温度的变化dT之比
Cp
dQ ( dT )p
dE+PdV ( dT )p
高中物理知识点总结：热力学基础
一. 教学内容：热力学基础（一）改变物体内能的两种方式：做功和热传递1. 做功：其他形式的能与内能之间相互转化的过程，内能改变了多少用做功的数值来量度，外力对物体做功，内能增加，物体克服外力做功，内能减少。
2. 热传递：它是物体间内能转移的过程，内能改变了多少用传递的热量的数值来量度，物体吸收热量，物体的内能增加，放出热量，物体的内能减少，热传递的方式有：传导、对流、辐射，热传递的条件是物体间有温度差。
（二）热力学第一定律1. 内容：物体内能的增量等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q的总和。
2. 表达式：。
3. 符号法则：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值，吸收热量Q取正值，物体放出热量Q取负值；物体内能增加取正值，物体内能减少取负值。
（三）能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。
在转化和转移的过程中，能的总量不变，这就是能量守恒定律。
（四）热力学第二定律两种表述：（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。
（2）不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化。
热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程都有方向性。
（3）热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的。
（4）熵是用来描述物体的无序程度的物理量。
物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大。
（五）说明的问题1. 第一类永动机是永远无法实现的，它违背了能的转化和守恒定律。
2. 第二类永动机也是无法实现的，它虽然不违背能的转化和守恒定律，但却违背了热力学第二定律。
（六）能源和可持续发展1. 能量与环境（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量提高，导致“温室效应”，使得地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。
更高更妙的物理专题16热力学基础
更高更妙的物理专题16热力学基础一、知识概要1、热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用等容过程等容过程的特征是气体体积保持不变，V0，故W0，由热力学第一定律可知，在等容过程中，气体与外界交换的热量等于气体内能的增量：QEmimRTCVT。
M2MiR，i为分子的自由度，对于单原子分子气体，i3；对2于双原子分子气体，i5；而对于多原子分子气体i6。
R为摩尔气体常数，R8.31J/(molK)。
mRT，等压过程等压过程的特征是气体压强保持不变，p0，WpVMCV称做定容摩尔比热容，CV由热力学第一定律可得，在等压变化过程中气体与外界交换的热量为mimmi2mRTRTRTCpT。
M2MM2MCi2称为比热容比。
对于单原子分Cp称做定压摩尔比热容，CpCVR，而pCVi578子气体，；而双原子分子气体，；多原子分子气体则有CV、Cp及均356QEpV只与气体分子的自由度有关而与气体温度无关。
等温过程等温过程的特征是气体温度保持不变，T0，由于理想气体的内能取决于温度，故E0，由热力学第一定律可知在等温变化过程中气体与外界交换的热量为QW。
理想气体在等温变化中，pVCTmRT，设气体体积从V1膨胀到V2，压M强从p1减小到p2，所做的功为W，将这个功n（n）等分，每份元功VWCTW，两边取n次方得(Vi1Vi)，即i11nViVinCTV2WnWWTCT。
(1)(1)V1nCTnCTWWTCT当n时，lim(1)eCT，WnCT0nCTnCWWnCWV2mVpmRTln2RTln1，V1MV1Mp2Vpmm则QRTln2RTln1。
MV1Mp2WCTln绝热过程气体在不与外界发生热交换的条件下所发生的状态变化称做绝热过程，其特点是Q0，由热力学第一定律可得WE绝热过程中气体方程为pVmCVT。
MmRT，则对某一元过程有Mpi1Vi1pViipi1(Vi1Vi)Vi(pi1pi)而此元过程气体做元功为mR(Ti1Ti)；MmCV(TiTi1)，Mp(VVi)则有pi1(Vi1Vi)Vi(pi1pi)i1i1R(1)pi1(Vi1Vi)，CVVVipi1pi即有i10。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
多原子分子：i 6， 1.33
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
(3) 等温过程: 温度 T 保持不变的过程.
恒
温 热
QT
T=0 AT
源
气体吸收的热量 理想气体状态方程
气体所做的功
P
P1 I(P1,V1,T1)
等温线
P2
AT
II(P2,V2,T2)
o V1 P-V图 V2
V
QT
PV M RT
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
讨论:
① 微分形式
dQV dT
M
CV
② CV只与分子自由度数有关, 是反映气体热 力学特性的常数.
单原子分子：i
3，C V
12.5
J/mol K
双原子分子：i
5，C V
20.8
J/mol K
多原子分子：i
6，C V
24.9
J/mol K
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
系统吸收 的热量
Q E2 E1 A
系统对外 做的功
系统末态 内能
系统初态 内能
热力学第一定律: 系统吸收的热量, 一部分使 系统内能增加, 另一部分用于对外作功.
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
讨论: (1) 热力学第一定律是包含了热现象在内的能 量转换与守恒定律. (2) 热力学第一定律的微分形式
P1 P2 T1 T2
II(P2,V2,T2)
o
P-V图
V
§6.1 热与功
(3) 准静态过程: 在过程进行中的任意时刻, 系 统都无限地接近于平衡状态.
① 平衡过程是实际过程的抽象. ② 只要热力学过程是无限缓慢地进行, 都可视 作准静态过程. ③ 热力学过程持续时间远大于弛豫时间(一平 衡态过渡到另一平衡态所需时间), 可视为准静 态过程.
第6章 热力学的物理基础
热力学采用能量的方法研究物质热运动的 宏观规律.
热与功 热力学第一定律与理想气体的变化过程 循环过程 热力学第二定律 熵与熵增加原理
§6.1 热与功
本节给出系统状态变化的一般概念、功及热 量的表达式, 并揭示热量的本质.
系统状态变化的一般概念 功与热量 内能
§6.1 热与功
AT
V2 PdV
V1
V2 M RT dV
V1
V
M RT ln V2 M RT ln P1
V1
P2
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
内能变化 E E2 E1 0 热力学第一定律
QT E AT AT 等温过程中, 气体吸收的热量全部用来对外做 功. 由于温度不变, 气体的内能保持不变.
1. 系统状态变化的一般概念 (1) 热力学系统
热力学系统: 指热力学中所研究的宏观体系.
在热力学中往往不考虑系统整体的机械运动.
(2) 系统状态的变化
系统状态变化: 理想气体从平衡态I(P1,V1,T1)变 化到平衡态II (P2,V2,T2). P I(P1,V1,T1) 等温过程: 温度T保持
§6.2 热力学第一定律 与理想气体的变化过程
系统状态变化过程中, 功、热量和内能间 满足能量转换和守恒定律——热力学第一定律.
热力学第一定律 等值过程 绝热过程与多方过程
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
1. 热力学第一定律 系统状态变化过程中, 做功与传热并存, 且这些 物理量满足
做功 系统内能增加 系统内能减少 系统传递热量
(5) 由
A V2 P dV V1
热力学第一定律可以表示为
Q E V2 P dV V1
一般地, 系统吸收或放出的热量与过程有关,
热量与功都不是系统状态的函数.
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
2. 理想气体的等值过程 (1) 等容过程 等容过程: 体积V保持不变的过程.
③ 内能
E M i RT
2
M
E CVT
dE
M
CV dT
内能增量与具体过程无关. 因此, 任何过程的 内能增量都可由此式计算.
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
(2) 等压过程
等压过程: 压强 P 保持不变的过程.
热 源
QP
P=0
P
等压线
PS
I(P1,V1,T1)
II(P2,V2,T2)
理想气体内能 E M i RT
2
于是有
QV
E
M
i RT 2
M
i 2
R（T2
T1）
பைடு நூலகம்
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
令 则有
QV
M
i 2
R（T2
T1）
CV
i 2
R
称为气体的定容摩尔热容量
QV
M
CV（T2 T1）
定容摩尔热容量CV: 在等容过程中, 温度每升 高或降低1K, 1mol气体所吸收或放出的热量, 单位J/molK. 它是由气体性质决定的常数(与 气体分子的自由度有关).
§6.3 循环过程
1. 循环过程 循环过程: 热力学系统状态发生一系列变化后, 又回到原来的初始状态——循环.
循环的重要特征:
PA
B
① 在P-V 图上是一闭合曲线.
A
② 始末状态的内能变化为零.
D
E 0
o V1
C
V2 V
循环的目的: 利用工作物质的循环过程连续不
断地把热量转换为有用的功.
§6.3 循环过程
Aa
E
E2
E1
M
CV（T2
T1）
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
热力学第一定律可以表示为
Aa
E1
E2
M
CV（T2
T1）
M
CV（T1
T2）
绝热过程中, 气体对外做功等于其内能的减少.
(1) 绝热过程方程
绝热过程中, P、V、T 三个状态参量均发生变
化, 它们之间的关系如何？
热力学第一定律 理想气体状态方程 取微分有
AP
气体吸收热量: QP
o
V1
V2
P-V图
V
气体做功: AP
AP
V2 P dV P
V1
V2 V1
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
热力学第一定律
QP E2 E1 PV2 V1
等压过程中, 气体吸收的热量一部分用来增加
气体的内能, 另一部分用来对外做功.
气体状态方程 PV M RT
注意: 三个方程中的三个常数是不同的.
绝热过程方程反映了气体系统三个状态参量之
间的联系.
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
(2) 绝热线与等温线
P
D
等温线
绝热线
o
P-V图
V
在P-V 图中, 绝热线比等温线要陡, 即绝热 线的斜率比等温线的斜率大, 为什么？
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
P dV
M
CV
dT L
L
L（1）
PV M RT
P dV V dP M R dT L（2）
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
在(1)式与(2)式中消去dT
CV (P dV V dP) R P dV
R CP CV CV (P dV V dP) (CV CP )P dV
内能
E M i RT
2
因此
QP
M
i 2
R（T2
T1）
M
R（T2
T1）
M
(i 2
1) R（T2
T1）
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
令 则有
CP
(i 2
1) R
气体的定压摩尔热容量
QP
M
C（P T2
T1）
微分形式
dQP dT
M
CP
CP
M
dQP
dT
定压摩尔热容量CP: 等压过程中温度每升高或 降低1K, 1mol气体吸收或放出的热量, 同样是
QT
M
RT
ln V2 V1
M
RT
ln
P1 P2
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
2. 理想气体的绝热过程: 气体和外界没有热量
交换的过程.
绝 热 Q=0 Aa 套
气体吸收的热量 Qa=0
P I(P1,V1,T1)
P1
绝热线
P2
Aa
II(P2,V2,T2)
o V1 P-V图 V2
V
气体所做的功 内能变化
不变的过程.
玻意尔定律 P1V1 P2V2 o
II(P2,V2,T2)
P-V图
V
§6.1 热与功
等压过程: 压强P保持不变的过程.
盖·吕萨克定律 V1 V2
T1 T2
P
I(P1,V1,T1) II(P2,V2,T2)
o
P-V图
V
等容过程: 体积V保持不变的过程.
P
I(P1,V1,T1)
查理定律
由气体性质决定的常数(与气体分子的自由度
有关).
§6.2 热力学第一定律与理想气体的变化过程
讨论:
① CP 只与分子自由度有关, 是反映气体性质
的热力学常数.
②由 可得
CV
i 2
R
CP
(i 2
1) R
CP CV R 迈耶公式
理想气体的CP比CV大一常数 R=8.31J/mol·K.