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1、第五章第五章 热力学基础热力学基础 前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计前一章从物质微观结构的观点出发，运用统计平均的方法，讨论了大量气体分子热运动的规律。平均的方法，讨论了大量气体分子热运动的规律。本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变本章用能量的观点，从宏观上讨论物质状态变化时，各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进化时，各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度。（行的方向和限度。（热力学第一、第二定律热力学第一、第二定律）热力学过程：热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一热力学系统从一个状态变化到另一个状态个状态,称为热力学过程。称为热力学过程。平衡态平衡态1 1
2、一系列非一系列非平衡态平衡态平衡态平衡态2 2一、一、准静态过程准静态过程准静态过程：准静态过程：系统的每一个状态都无限接近于平系统的每一个状态都无限接近于平衡态的过程衡态的过程(理想化的过程理想化的过程)。即准静态过程是由一系列即准静态过程是由一系列平衡态组成平衡态组成的过程。的过程。准静态过程是一个准静态过程是一个理想化理想化的过程，是实际过程的的过程，是实际过程的近似。近似。5-15-1 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律 非静态过程：非静态过程：当系统宏观变化很快，每一状态都是当系统宏观变化很快，每一状态都是非平衡态。非平衡态。快快非平衡态非平衡态缓慢缓慢接近平衡
3、态接近平衡态非静非静态过态过程程准静态准静态过程过程所以，实际过程仅当进行得所以，实际过程仅当进行得无限缓慢无限缓慢时才可看作是时才可看作是准静态过程。准静态过程。统一于统一于“无限缓慢无限缓慢”矛盾矛盾平衡即不变平衡即不变过程即变化过程即变化只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是只有过程进行得无限缓慢，每个中间态才可看作是平衡态。平衡态。非静态过程非静态过程准静态过程准静态过程弛豫时间弛豫时间 ：系统由非平衡态到平衡态所需时间。系统由非平衡态到平衡态所需时间。怎样算怎样算“无限缓慢无限缓慢”过程进行时间过程进行时间 t t 驰豫时间驰豫时间 定义定义“无限缓慢无限缓慢”：例如，实际汽缸
4、的压缩过程例如，实际汽缸的压缩过程 过程进行时间过程进行时间 t=0.01秒秒 驰豫时间驰豫时间 =10-3秒秒可看作准静态过程可看作准静态过程所以无限缓慢只是个所以无限缓慢只是个相对相对的概念。的概念。(p2,V2)(p1,V1)(p,V)准静态过程可以用准静态过程可以用过程曲线过程曲线来表示：来表示：VO p一个点一个点代表一个代表一个平衡态平衡态状态图状态图(PV 图图、PT 图图、VT 图图)上上 一条曲线一条曲线代表一个代表一个准静态过程准静态过程 二二 功、热量、内能功、热量、内能改变系统状态的方式有两种：改变系统状态的方式有两种：作功作功传热传热1 1 功功 通过作功可以改变热力
5、学系统的状态通过作功可以改变热力学系统的状态.计算一准静态过程中，气体的体积变化所做的功计算一准静态过程中，气体的体积变化所做的功.u设气体的压强设气体的压强p,活塞面积活塞面积S,气体气体作用在活塞上的力作用在活塞上的力活塞移动活塞移动dl距离时距离时,气体作功气体作功气体体积由气体体积由V1变为变为V2时，系统对外作功时，系统对外作功 在在P-V图上可表示为过程曲线与横坐标轴之间的曲图上可表示为过程曲线与横坐标轴之间的曲边梯形的面积。边梯形的面积。PV12气体体积气体体积膨胀膨胀，A0，系统对，系统对外做外做正功正功；气体体积气体体积压缩压缩，A0,系统从外界吸热；系统从外界吸热；QEEA
6、 A.(1)(1)试确定试确定试确定试确定ABAB，以及以及以及以及BABA的功的功的功的功A A的符号及含义的符号及含义的符号及含义的符号及含义；解：解：解：解：(1)A B1)A B,气体膨胀气体膨胀气体膨胀气体膨胀B AB A,气体压缩气体压缩气体压缩气体压缩A A1 100:气体对外做功气体对外做功气体对外做功气体对外做功 A A2 200:外界对气体做功外界对气体做功外界对气体做功外界对气体做功(2)Q(2)Q的符号如何确定的符号如何确定的符号如何确定的符号如何确定；吸热吸热吸热吸热(2)A B2)A B,放热放热放热放热(3)A B A:(3)A B A:总功：总功：总功：总功：B
7、 AB A,(3)(3)循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负循环总功和热量的正负例例2 在在p-v图上图上（1）系统的某一平衡态用（）系统的某一平衡态用（）来表）来表示示.一个点一个点（2）系统的某一准静态过程用（）系统的某一准静态过程用（）来表示）来表示.一条曲线一条曲线（3）系统的某一准静态循环过程用（）系统的某一准静态循环过程用（）来表示）来表示.一条闭合曲线一条闭合曲线例例例例3 3 3 3 搅拌盛在绝热容器中的液体，液体搅拌盛在绝热容器中的液体，液体搅拌盛在绝热容器中的液体，液体搅拌盛在绝热容器中的液体，液体温度在升高，若将液体看做系统，则温度在升高，若将液体
8、看做系统，则温度在升高，若将液体看做系统，则温度在升高，若将液体看做系统，则（1 1 1 1）外界传给系统的热量）外界传给系统的热量）外界传给系统的热量）外界传给系统的热量（2 2 2 2）外界对系统做的功）外界对系统做的功）外界对系统做的功）外界对系统做的功（3 3 3 3）系统的内能增量）系统的内能增量）系统的内能增量）系统的内能增量等于零，大于零还是小于零。等于零，大于零还是小于零。等于零，大于零还是小于零。等于零，大于零还是小于零。等于零等于零等于零等于零大于零大于零大于零大于零大于零大于零大于零大于零例例4 下面给出理想气体的几种状态变化关系下面给出理想气体的几种状态变化关系,指出它们各表示什么过程指出它们各表示什么过程.表示表示 过过程程表示表示 过程过程表示表示 过程过程等压等压等容等容等温等温