PDF《热力学基础》

热力学基础 南京大学物理学院 热力学 ? 热力学:研究热现象中物态转变与能量转 化规律的学科.

? 具体如:物态方程、压强、体积、温度、 密度,功、热量、内能、熵,电场,电极 化强度,磁场,磁化强度等 ? 特点:不考虑过程的微观图像,而是根据 实验事实,从能量的角度出发,分析热力 学系统状态变化中热、功、能相互转换的 关系与条件. 状态参量与物态方程 ? 状态参量:描述系统宏观状态的物理量. 如P,?V,?T?等. ? 广延量与强度量 ? 描述系统状态参量之间关系的方程,称为 物态方程. ? 理想气体物态方程为 pV vRT ? 注意只有两个独立的状态参量. 热力学过程 ? 在热力学中,把所研究的物体或物体组叫 做热力学系统,简称系统(system). ? 准静态过程:系统从一个状态过渡到另一 个状态,如下进行:1)?无限缓慢的进行状 态变化;

2)每一个中间状态都是平衡态. ? 可逆与不可逆过程!:一个过程,每一步 都可在相反方向进行而不在外界引起其它 变化的,称为可逆过程.反之不可逆. ? 无耗散(如无摩擦)的准静态过程为可逆过程. 热力学第零定律 ? 如果两个物体都与处于确定状态的第三物 体处于热平衡,则该两个物体彼此也处于 热平衡. ? 由此性质可以定义一个共同的物理量\温度. ? 温度是决定一个物体能否与其它物体处于 热平衡的宏观性质. ? 负温度(热统\汪志诚) 热力学第一定律?功?一般来说,只有准静态过程才可 以计算系统对外做的功. ? 非平衡过程系统内部压强不均匀. ? 非平衡过程系统压强和外界压强 不一定相同. ? 功是过程的函数. dA pdV ? 气体对外界做功 V p

2 p dV

1 p dV ? 过程的函数:和系统状态变 化具体经历的过程有关. ? 热量传递,热量的微元 外界传递给气体系统热量的微元,记为 dQ 热力学第一定律?热 注意符号 ? 内能(是状态函数,又称为热力学函数) ?和力学中的势能相比较 ?功dA、吸热dQ等,不是状态的函数 ?理想气体的内能,只和温度有关!!?U=U(T). 热力学第一定律?能?状态的函数:只有系统的初、末状态参 量有关的函数,和中间经历过程(路径)无关. (如P?V?T?U) 热力学第一定律 ? 定义 C 系统从外界吸收的热量为 dQ C 系统内能的增加为 dU C 系统对外做功为 dA ? 系统从外界吸收的热量用于增加系统内能 与对外做功.?能量守恒的结果. ? 对气体系统 dQ dU pdV ? ?

2 1 V V dQ dU pdV ? ? ? ? ? dQ dU dA ? ? 过程的函数 状态的函数 过程的函数 Q U A ? ? ? 等体积(等容)过程 定义气体系统的等容热容为 V V dQ C dT ? dQ dU pdV ? ? 一般的 一般而言,U=U(T,V),?Cv也是(T,V)的函数. 但是对于理想气体,其内能只和温度有关

2 i U v RT ? ( )

2 V V dU i C v R dT ? ? 即教材(6\8)式. 其中v为物质的量, m v M ?

2 V i c R ? 对1mol理想气体, dV=0 对等容过程,退化为 V dQ dU ? ( ) V V dU C dT ? 等压过程 dQ dU pdV ? ? 由第一定律 定义等压热容 p p dQ C dT ? ( ) ( ) p p p p dQ dU dV C p dT dT dT ? ? ? 一般而言,Cp是(T,P)的函数. / V vRT p ? 由物态方程得 ( )p dV vR dT p ?

2 2 p V i C C vR v R ? ? ? ?

2 / p V i C C i ? ? ? ? 称为绝热指数 自学教材 第212页dp=0 对理想气体,( )

2 p dU i v R dT ? V C ? 等温过程 dT=0 dQ dU pdV ? ? 第一定律 对理想气体,U=U(T),考虑到dT=0,于是 dU=0,

2 2

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1 1 V V V V pV A pdV dV V ? ? ? ?

1 1 pV pV ?

2 2

1 1