第1章热力学的基本规律祥解.ppt

二. 几种常用的物态方程（续） §1.3 物态方程 （2）实际气体的物态方程 理想气体的物态方程描述的是各种气体在压强趋于零时的极限行为，用它来描述实际气体会有一定的偏差。为了更精确地 描述实际气体，人们提出了许多实际气体的物态方程。 昂尼斯方程 二. 几种常用的物态方程（续） §1.3 物态方程 （二）简单固体和液体的物态方程 对于简单固体和液体，可以通过实验测得的体胀系数和等温压缩系数获得有关物态方程的信息。通常这两个系数的数值都很小，并且在一定的温度范围内可近似看作与温度无关。因此 物态方程一般可写为 （三）顺磁性固体的物态方程 三. 广延量与强度量 广延量（Extensive Quantity） 强度量（Intensive Quantity） 与系统的大小（空间的范围或自由度的数目）成正比的热力学量。如：系统的质量M，摩尔数n，体积V，内能U, 等等。 不随系统大小改变的热力学量。例如：系统的压强p，温度T，密度ρ，磁化强度m，摩尔体积v，等等。 一. 准静态过程 准静态过程 §1.4 功 如果过程进行的足够缓慢，使得系统在过程中经历的每一个状态都可以看作平衡态，则这种过程称为准静态过程。 *准静态过程是一个理想的极限过程。 *如果没有摩擦阻力，外界在准静态过程中对系统的作 用力，可以用描写系统平衡状态的参量表达出来。 二. 功的计算 1.简单系统 2.液体表面 激发电场的功 使电介质极化的功 —真空介电常数 P —电极化强度 e —电场强度 3.电介质 §1.4 功 4.磁介质 激发磁场的功 使磁介质磁化的功 — 真空磁导率 m — 磁化强度 H — 磁场强度 外界在准静态过程中对系统所做的功一般表示为： 是外参量， 相应的广义力。 §1.5 热力学第一定律 一.内能 过程量与态函数 态函数： 过程量： 与系统变化过程有关的物理量。例如：系统对外界所做的功、系统传给外界的热量 与系统所经历的过程无关，仅由系统的平衡态状态参量单值地确定的物理量。例如：系统的内能、熵等。 内能 物质内部热运动总能量，包括分子无规运动动能，分子间相互作用势能和分子内部运动能量。也可包括分子在外场中的势能。 内能决定于系统内部热运动状态，是态函数。 功（及热量）与系统所经历的过程有关，是过程量。 §1.5 热力学第一定律 二. 热力学第一定律 系统内能的变化等于外界对系统所做的功和系统从外界所吸收的热量。 A状态 → B 状态，系统内能的变化为： 热力学第一定律是包括热运动形式的普遍能量转化转移守恒定律 第一类永动机不可制造 §1.5 热力学第一定律 三. 热容量和焓 系统在某一过程中升高单位温度所吸收的热量，称作系统在该过程中的热容量。 热容量 热容量决定于物质属性，并依赖于过程。 广延量：正比于物质量，具有可加性。 §1.5 热力学第一定律 定容热容量 定压热容量 §1.5 热力学第一定律 焓 焓是态函数 §1.5 热力学第一定律 四. 在理想气体中的应用 理想气体的内能 实验表明，理想气体向真空自由绝热膨胀后，温度不变。内能仅是温度的函数，与体积无关。 §1.5 热力学第一定律 四. 在理想气体中的应用 理想气体的焓 §1.5 热力学第一定律 四. 在理想气体中的应用 理想气体定压热容量与定容热容量的差与比值 温度变化范围不大， 可视为常数。 单原子分子理想气体 。 §1.5 热力学第一定律 四. 在理想气体中的应用 理想气体的准静态绝热过程 令 或 §1.6 理想气体的卡诺循环 1 2 3 4 1→2等温膨胀 2→3绝热膨胀 3→4等温压缩 4→1绝热压缩 热机效率 卡诺循环 §1.6 理想气体的卡诺循环 逆卡诺循环 1 2 3 4 致冷系数 例1 令 这里下标 表示准静态绝热过程。试证 其中 证明： 由热力学第一定律： 例2 体积为 的容器内盛有空气，压强为 ，低于大气压 ，温度等于大气温度 。打开容器上的活门，直到 内外压强迅速平衡后关闭。将空气视为理想气体，求进入容器内的大气原来的体积与关闭活门时容器内气体的温度。设 解：取容器内原有空气和进入空气的全体为系统。 记 为所求量。 和 过程进行很快，可看作绝热。 为常量。 —— 关于热现象的理论 热力学与统计物理 由于热现象的普遍存在，所以热力学和统计物理学在许多领域中都有广泛的应用。热力学与统计物理这门课是在普通热学的基础上，分别从宏观和微观两方面进一步深入热运动的规律及其应用，为相关课程(如固体物理)提供必要的知识准备。 通过本课程的学习，希望达到以下目标：(