大学物理二版.pptx

6.1 热力学第一定律热力学第一定律6.1.1 热力学过程热力学过程如如果果系系统统从从一一个个平平衡衡态态到到达达另另一一个个平平衡衡态态，系系统统经经历了一个历了一个热力学过程热力学过程，简称，简称过程过程准静态过程的描述方法准静态过程的描述方法(1)过程方程描述过程方程描述(2)在在p-V图中，用一条连续曲线描述图中，用一条连续曲线描述从从一一个个平平衡衡态态到到达达另另一一个个平平衡衡态态的的过过程程进进行行得得足足够够慢慢，以以致致中中间间态态都都可可以以看看作作是是平平衡衡态态，这这样样的的过过程程叫作准静态过程。叫作准静态过程。对对于于处处在在平平衡衡态态质质量量为为m的的气气体体，它它的的状状态态可可以以用用P、V、T态态参参量量描述。描述。poV第第1页页/共共39页页6.1.2 热量热量 功功 热量热量是在系统与外界由于存在温差而传递的是在系统与外界由于存在温差而传递的能量能量Q热量传递的方式：传导、对流、辐射。热量传递的方式：传导、对流、辐射。某一物体温度每升高某一物体温度每升高1K所需吸收的热量叫作该物体的所需吸收的热量叫作该物体的热容热容某一物体单位质量的热容，称为该物体的比热某一物体单位质量的热容，称为该物体的比热c质量为质量为m的物体温度从的物体温度从T1、升高到、升高到T2，吸收的热量为，吸收的热量为气体：用定体摩尔热容和气体：用定体摩尔热容和定压摩尔热容定压摩尔热容表示吸热表示吸热1mol1mol气气体体，当当压压强强不不变变时时，温温度度每每升升高高1K1K所所需需吸吸收收的热量称为气体的的热量称为气体的定压摩尔热容定压摩尔热容C Cp p第第2页页/共共39页页例例.压强为压强为1105Pa，体积为，体积为110-3m3的氧气，自温度的氧气，自温度00C加热到加热到1000C，问（，问（1）当压强不变时，需要多少热）当压强不变时，需要多少热量？（量？（2）当体积不变时，需要多少热量？）当体积不变时，需要多少热量？解解（1）（2）第第3页页/共共39页页压强不变时，气体温度从压强不变时，气体温度从T1升高到升高到T2，吸收的热量为，吸收的热量为 外界对气体做外界对气体做功功气体作用在活塞上的力气体作用在活塞上的力poV气气体体的的体体积积由由V1变变化化到到V2，外外界界通过活塞对气体做的功为通过活塞对气体做的功为体积功体积功功是一个功是一个过程量过程量活活塞塞与与气气缸缸之之间间无无摩摩擦擦，活活塞塞以以无无限限慢慢的的速速度度移移动动一一微小的距离微小的距离 ，则外界通过活塞对气体做的功为，则外界通过活塞对气体做的功为常量常量体体积积膨膨胀胀，体体积积功功为为负负，外外界界对对气气体体做负功；做负功；体体积积缩缩小小，体体积积功功为为正正，外外界界对对气气体体做正功；做正功；第第4页页/共共39页页6.1.3 热力学第一定律热力学第一定律气气体体的的内内能能是是状状态态量量，是是系系统统状状态态参参量量的的函函数数(态态函函数数)，与过程无关。与过程无关。外外界界对对气气体体做做功功和和外外界界与与气气体体热热量量的的传传递递，都都会会改改变变系系统的内能统的内能热力学第一定律表明永动机是不可能实现的。热力学第一定律表明永动机是不可能实现的。系系统统内内能能的的增增量量只只与与始始末末状状态态有有关，与所经历的过程无关。关，与所经历的过程无关。系统从外界吸收的热量，系统从外界吸收的热量，dQ0吸热；吸热；dQ0；系统对外界作功，；系统对外界作功，dA0,内能增加；内能增加；E0,表表示示系系统统 从从单单一一热热源源T0吸吸热热，因因为为 是是循循环环过过程程，所所以以系系统统 从从单单一一热热源源T0吸吸收收的的热热量量全全部部用用于做功，违反了热力学第二定律，因此必有于做功，违反了热力学第二定律，因此必有 Q0 0等号只有在系统等号只有在系统 是可逆循环时才成立是可逆循环时才成立第第31页页/共共39页页6.4.4 卡诺定理卡诺定理在在相相同同的的高高温温热热源源和和相相同同的的低低温温热热源源之之间间工工作作的的一一切可逆卡诺热机，其效率都相等，与工作物质无关切可逆卡诺热机，其效率都相等，与工作物质无关在在相相同同的的高高温温热热源源和和相相同同的的低低温温热热源源之之间间工工作作的的一一切切不不可逆卡诺热机，其效率不可能高于可逆机的效率。可逆卡诺热机，其效率不可能高于可逆机的效率。对于任意卡诺热机，根据克劳修斯不等式对于任意卡诺热机，根据克劳修斯不等式证明：证明：系统从高温热源系统从高温热源T1吸收热量吸收热量Q1系统向低温热源系统向低温热源T2放出热量放出热量Q2第第32页页/共共39页页6.5 熵熵6.5.1 熵熵 熵增加原理熵增加原理对对 于于 初初 末末 状状 态态 为为 M、N的的 任任 意意 可可 逆逆 过过 程程，与与可可逆逆过过程程的的路路径径无无关关，仅仅与与初初末末状状态态的的态态函函数数有有关，这个态函数即为熵关，这个态函数即为熵S系统在状态系统在状态N的熵的熵系统在状态系统在状态M的熵的熵第第33页页/共共39页页过程过程C是不可逆过程；过程是不可逆过程；过程C是可逆过程是可逆过程把不可逆过程与可逆过程综合把不可逆过程与可逆过程综合从状态从状态M到状态到状态N是可逆绝热过程是可逆绝热过程从状态从状态M到状态到状态N是不可逆绝热过程是不可逆绝热过程熵增加原理：可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵熵增加原理：可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加增加第第34页页/共共39页页微分式微分式可逆过程为等号；不可逆过程为大于号可逆过程为等号；不可逆过程为大于号闭系闭系开系开系化学势化学势第第35页页/共共39页页例题例题2 nmol的理想气体以体积的理想气体以体积v温度温度T表示的熵函数表示的熵函数应应用用：孤孤立立系系的的熵熵永永不不减减少少，达达到到平平衡衡态态时时，熵熵为为极极大值，且熵值不再变化大值，且熵值不再变化第第36页页/共共39页页6.5 熵的微观实质与统计意义熵的微观实质与统计意义6.6.1 宏观状态与微观状态宏观状态与微观状态气体自由膨胀气体自由膨胀宏宏观观状状态态数数：由由A中中的的粒粒子子数数确确定，有定，有5种宏观状态种宏观状态微观状态数：微观状态数：共计共计14641160：1 1：42：63：44：1各各个个微微观观状状态态出出现现的的概概率率相相同同，则则含含有有微微观观状状态态数数目目多多的的宏宏观观状状态出现的可能性最大态出现的可能性最大第第37页页/共共39页页设设 一一孤孤立立系系统统：总总的的微微观观状状态态数数目目是是 t,共共有有N个个宏宏观观状状态态，他他们们分分别别包包含含 1、2、.、n个个微微观观状状态态，根据等概率假设，第根据等概率假设，第i种宏观状态出现的概率是种宏观状态出现的概率是气气体体自自由由膨膨胀胀是是热热力力学学概概率率小小的的观观状状态态向向热热力力学学概概率率大的宏观状态过渡的过程大的宏观状态过渡的过程熵熵S与宏观状态包含的微观状态数的关系与宏观状态包含的微观状态数的关系玻尔兹曼关系式玻尔兹曼关系式热热力力学学概概率率小小意意味味有有序序，无无序序度度小小；热热力力学学概概率率大大意意味味无无序序度度大大，系系统统总总是是自自发发向向无无序序度度增增大大的的方方向向变变化化，系系统统总总是是自自发发向向熵熵增增大大的的方方向向变变化化，用用熵熵表表示示系系统统的的无序度。无序度。第第38页页/共共39页页作业：作业：125125页页习题习题 6-106-10第第39页页/共共39页页