大学物理热力学基本概念.pptx
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1、热力学第一定律和第二定律热力学第一定律和第二定律 当一个科学家发现,自然界的结构当一个科学家发现,自然界的结构有这么多不可思议的奥妙,他会有一个有这么多不可思议的奥妙,他会有一个触及灵魂的震动。而这个时候的感觉,触及灵魂的震动。而这个时候的感觉,我想是和最真诚的宗教信仰很接近的。我想是和最真诚的宗教信仰很接近的。杨振宁杨振宁结构框图结构框图热力学系统热力学系统内能变化的内能变化的两种量度两种量度功功热量热量热力学热力学 第一定律第一定律热力学热力学 第二定律第二定律等值过程等值过程绝热过程绝热过程循环过程循环过程卡诺循环卡诺循环应用应用(理想气体)(理想气体)(对热机效率的研究)(对热机效率的
2、研究)重点:重点:内能、功、热量、摩尔热容,泊松比内能、功、热量、摩尔热容,泊松比热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温热力学第一定律应用于理想气体等体、等压、等温过程,绝热过程,和各种循环过程过程,绝热过程,和各种循环过程。卡诺循环卡诺循环热机效率和制冷系数热机效率和制冷系数热力学第二定律热力学第二定律难点:难点:热力学概率,热力学第二定律的统计意义热力学概率,热力学第二定律的统计意义1)1)微观理论微观理论统计物理统计物理物质的微观结构物质的微观结构粒子的热运动粒子的热运动统计方法统计方法平均效果平均效果确定宏观量与微观量的联系,确定宏观量与微观量的联系,
3、描述热现象的规律和本质描述热现象的规律和本质由基本假设由基本假设构造性理论构造性理论热学发展历史的两大特征:热学发展历史的两大特征:技术技术物理物理技术模式技术模式两种研究方法两种研究方法两种理论两种理论前言前言2)2)宏观理论宏观理论热力学热力学归纳归纳观测观测实验实验热现象基本定律,宏观过程进行的热现象基本定律,宏观过程进行的方向和限度,不涉及微观本质方向和限度,不涉及微观本质永动机是不可能成功的永动机是不可能成功的自然遵循什么法则自然遵循什么法则由现象出发由现象出发原理性理论原理性理论3)3)相互关系:相互关系:互相补充,相辅相成互相补充,相辅相成统计物理统计物理热力学热力学宏观理论,基
4、本结论来自实验事实,普遍可靠,宏观理论,基本结论来自实验事实,普遍可靠,但不能解释其本质但不能解释其本质微观理论,揭示热现象本质微观理论,揭示热现象本质验证验证解释解释热力学第一定律热力学第一定律的创始人的创始人热力学第二定律热力学第二定律的创始人的创始人20.1 20.1 热力学基本概念热力学基本概念一、热力学系统一、热力学系统 外界外界大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。大量粒子组成的宏观、有限的体系称为热力学系统。与其比邻的环境称为外界与其比邻的环境称为外界与外界有与外界有 E 交换,无交换,无 m 交换交换开放系统:开放系统:封闭系统:封闭系统:孤立系统:孤立系统:与外界有与
5、外界有 m、E 交换交换与外界无与外界无 E、m 交换交换绝绝热热例例开放系统开放系统 封闭系统封闭系统孤立系统孤立系统1.描述系统宏观性质的物理量描述系统宏观性质的物理量,如:如:p、T、V、E .称为系统的状态参量。称为系统的状态参量。广延量广延量强度量强度量无可加性,如无可加性,如 p、T状态参量有确定值的状态状态参量有确定值的状态平衡态平衡态二、状态参量、二、状态参量、热力学过程热力学过程热力学研究热力学系统的状态及状态变化热力学研究热力学系统的状态及状态变化2 2、系统状态变化、系统状态变化热力学过程热力学过程例:例:气体自由膨胀气体自由膨胀非静态过程:非静态过程:中间状态不中间状态
6、不是平衡态是平衡态气体等温膨胀气体等温膨胀准静态过程:准静态过程:过程进行得足够过程进行得足够缓慢缓慢中间状态中间状态 平衡态平衡态(平衡过程)(平衡过程)3.3.相平面相平面 相图相图以状态参量为坐标变量以状态参量为坐标变量 相平面、相平面、相空间相空间相图中的点相图中的点对应平衡态对应平衡态相图中的线相图中的线对应平衡过程对应平衡过程例:例:等温、等压、等体过程的相图等温、等压、等体过程的相图V三、系统内能三、系统内能热力学主要研究系统能量转换规律热力学主要研究系统能量转换规律1.系统内能系统内能 E指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能指所有分子热运动能量和分子间相互作用势能例:例:实
7、际气体实际气体理想气体理想气体(刚性分子刚性分子)2.内能内能E 是状态函数是状态函数 内能变化内能变化E只与初末状态有关,与所经过的过程无只与初末状态有关,与所经过的过程无关,关,可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。四、功和热量四、功和热量注意:注意:非静态过程不适用非静态过程不适用1.准静态过程的体积功准静态过程的体积功3.内能变化方式内能变化方式做功做功热传递热传递示功图:示功图:p-V 图上过程曲线下的面积图上过程曲线下的面积系统对外界做功系统对外界做功外界对系统做功外界对系统做功循环过程的功循环过程的功思考:思考:注意:注意:功是过程量
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