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1、第四章第四章 热力学基础热力学基础第1页，本讲稿共30页一、准静态过程（理想化的过程）准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过准静态过程：从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体活塞砂子124.1 热力学过程第2页，本讲稿共30页2AB1*2AB1*系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所经历的过程无关程无关。理想气体内能:表征系统状态的单值函数,仅是温度的函数。4.2 功与热 热力学能（一）内 能（状态量）第3页，本讲稿共30页（二）功（过程量）功是能
2、量传递和转换的量度，它引起系统热运动功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动 状态的变化状态的变化.准静态过程功的计算准静态过程功的计算注意：注意：作功与过程有关作功与过程有关.第一节 热力学第一定律第4页，本讲稿共30页(三)热 量（过程量）通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递存在温差而发生的能量传递.1）过程量：与过程有关；）过程量：与过程有关；2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；）等效性：改变系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同）功与热量的物理本质不同.
3、1卡卡=4.186 J ，1 J=0.24 卡卡功与热量的异同第5页，本讲稿共30页作机械功改变系统作机械功改变系统 状态的焦耳实验状态的焦耳实验AV作电功改变系统作电功改变系统 状态的实验状态的实验第6页，本讲稿共30页热力学第一定律 系统系统从外界吸收的热量从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加一部分使系统的内能增加,另一部另一部分使系统对外界做功分使系统对外界做功。微小过程4.3 热力学第一定律系统对外界做功+系统吸热系统放热内能增加内能减少第一定律的符号规定第一定律的符号规定外界对系统做功物理意义物理意义：能量转换和守恒定律：能量转换和守恒定律；第一类永动机是不可能制成；第一类永动机
4、是不可能制成 的的；实验；实验经验总结，自然界的普遍规律经验总结，自然界的普遍规律。第7页，本讲稿共30页 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础（1）（理想气体的共性）（2）解决过程中能解决过程中能量转换的问题量转换的问题（3）（理想气体的状态函数）（4）各等值过程的特性各等值过程的特性。4.4 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用第8页，本讲稿共30页单位一、等容过程热力学第一定律特征定容摩尔热容:理想气体在等容过程中吸收的热量 ，使温度升高 ,其定容摩尔热容为过程方程 常量第9页，本讲稿共30页 等等容容升升压压 12 等等容容降降压压 12热
5、力学第一定律第10页，本讲稿共30页12二、等压过程过程方程 常量热一律热一律特 征 常量定压摩尔热容:理想气体在等压过程中吸收的热量 ，温度升高 ，其定压摩尔热容为A第11页，本讲稿共30页 可得定压摩尔热容和定容摩尔热容的关系可得定压摩尔热容和定容摩尔热容的关系 摩尔热容比 第12页，本讲稿共30页12A等等 压压 膨膨 胀胀12A等等 压压 压压 缩缩 WW第13页，本讲稿共30页三、等温过程恒恒温温热热源源T热一律热一律12特征 常量 ，过程方程常量第14页，本讲稿共30页12四、绝热过程特征绝热的汽缸壁和活塞热一律4.5 理想气体的绝热过程第15页，本讲稿共30页12绝绝 热热 方方
6、 程程常量常量常量第16页，本讲稿共30页绝热线和等温线:绝热绝热过程曲线的斜率过程曲线的斜率等温等温过程曲线的斜率过程曲线的斜率 绝热线的斜率大于绝热线的斜率大于等温线的斜率等温线的斜率.常量常量ABC常量第17页，本讲稿共30页 系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程状态的过程叫热力学循环过程.热力学第一定律净功特征一、循环过程AB4.6 循环过程 热机效率总吸热总放热（取绝对值）第18页，本讲稿共30页热机二、热机效率热机效率高温热源低温热源热机（正循环）AB第三节 卡诺循环 热机效率第19页，本讲稿共30页 热机发
7、展简介 1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸汽机，当时蒸汽机的效率极低.1765年瓦特进行了重大改进，大大提高了效率.人们一直在为提高热机的效率而努力，从理论上研究热机效率问题，一方面指明了提高效率的方向，另一方面也推动了热学理论的发展.各种热机的效率液体燃料火箭柴油机汽油机蒸汽机第20页，本讲稿共30页1423 例例 2 1 mol 氦气经过如图所示的循环过程，其氦气经过如图所示的循环过程，其中中 ,求求12、23、34、41各过程中气体吸收的热量和热机的效率各过程中气体吸收的热量和热机的效率.解 由理想气体物态方程得第21页，本讲稿共30页1423第22页，本讲稿共30页准静态无
8、摩擦过程为可逆过程准静态无摩擦过程为可逆过程 可逆过程可逆过程:在系统状态变化过程中在系统状态变化过程中,如果逆过如果逆过程能重复正过程的每一状态程能重复正过程的每一状态,而不引起其他变化而不引起其他变化,这样的过程叫做可逆过程这样的过程叫做可逆过程.可逆过程与不可逆过程4.7 宏观过程的方向性第23页，本讲稿共30页 非准静态过程为不可逆过程.不可逆过程：在不引起其他变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其他变化，这样的过程叫做不可逆过程.准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过力
9、、粘滞力或其他耗散力作功，无能量耗散的过程程.可逆过程的条件可逆过程的条件第24页，本讲稿共30页 1 开尔文说法：不可能从开尔文说法：不可能从单一单一热源吸取热量，热源吸取热量，使之全变为有用功，而不产生其他影响。使之全变为有用功，而不产生其他影响。第二定律的提出1 功热转换的条件第一定律无法说明功热转换的条件第一定律无法说明.2 热传导的方向性、气体自由膨胀的不可热传导的方向性、气体自由膨胀的不可逆性问题第一定律无法说明逆性问题第一定律无法说明.一一、热力学第二定律的两种表述、热力学第二定律的两种表述 4.8 热力学第二定律第25页，本讲稿共30页 等温膨胀过程是从等温膨胀过程是从单一热源
10、吸热作功，单一热源吸热作功，而而不不放出热量给其它物体放出热量给其它物体,但它非循环过程但它非循环过程.12AW低温热源高温热源卡诺热机AABCD 卡诺卡诺循环是循循环是循环过程，环过程，但需两个但需两个热源，且热源，且使外界发使外界发生变化生变化.第26页，本讲稿共30页 永永 动动 机机 的的 设设 想想 图图第27页，本讲稿共30页 虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温虽然卡诺致冷机能把热量从低温物体移至高温物体，但需外界作功且使环境发生变化物体，但需外界作功且使环境发生变化.2 克劳修斯说法：克劳修斯说法：不可能把热量从低温物体不可能把热量从低温物体自自动动传到高温物体而传到高温物
11、体而不不引起引起外界的变化外界的变化.高温热源低温热源卡诺致冷机AABCD第28页，本讲稿共30页注 意 1 热力学第二定律是大量实验和经验的总结.3 热力学第二定律可有多种说法，每一种说法都反映了自然界过程进行的方向性.2 热力学第二定律开尔文说法与克劳修斯说法具有等效性.第29页，本讲稿共30页非自发传热自发传热高温物体高温物体低温物体低温物体 热传导 热功转换完全功功不完全热热 自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的不可逆的.热力学第二定律的实质无序无序有序有序自发非均匀、非平衡非均匀、非平衡均匀、平衡均匀、平衡自发第30页，本讲稿共30页