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1、7272热力学第一定律热力学第一定律7575热力学第一定律对理想气体绝热过程的应用热力学第一定律对理想气体绝热过程的应用7676循环过程、卡诺循环、热机的效率循环过程、卡诺循环、热机的效率7777热力学第二定律热力学第二定律7373热力学第一定律对理想气体等值过程的应用热力学第一定律对理想气体等值过程的应用7171内能、功、热量内能、功、热量7474气体的热容量气体的热容量7878可逆过程与不可逆过程、卡诺定理可逆过程与不可逆过程、卡诺定理7878熵熵7979热力学第二定律的统计意义热力学第二定律的统计意义第十一章第十一章热力学基础热力学基础1.1.理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律
2、理解内能，功和热量的概念。掌握热力学第一定律和它在理想气体各种等值过程中的应用；和它在理想气体各种等值过程中的应用；2.2.理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；理解热容量的概念，掌握能量按自由度均分定理；3.3.明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热明确循环的意义，能对简单循环进行计算。了解热力学第二定律和卡诺定理的意义。力学第二定律和卡诺定理的意义。教学基本要求教学基本要求热力学的研究方法热力学的研究方法：从实验事实出发，从实验事实出发，运用能量守恒及转换定律研运用能量守恒及转换定律研究大量分子热运动所表现出来的宏观规律究大量分子热运动所表现出来的宏观规律。即研。即研究状态变化
3、过程中有关究状态变化过程中有关热功转换的关系和条件热功转换的关系和条件。热力学是热现象的热力学是热现象的宏观宏观理论。理论。热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学热力学的理论基础是热力学第一定律和热力学第二定律。第二定律。学习中要抓住：学习中要抓住：（11）如何描述状态；）如何描述状态；（22）状态变化过程及其特征；）状态变化过程及其特征；（33）热功转换的关系和条件。）热功转换的关系和条件。一、热力学系统一、热力学系统热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、热力学系统：被研究的一定量的物质或物体系（气、液、固），简称系统。固），简称系统。外界：与系统发生作用的环境。外界：与系统发
4、生作用的环境。系统可分为：系统可分为：（11）一般系统：与外界有功、有热交换；）一般系统：与外界有功、有热交换；（22）透热系统：与外界无功、有热交换；）透热系统：与外界无功、有热交换；（33）绝热系统：与外界有功、无热交换；）绝热系统：与外界有功、无热交换；（44）封闭系统：与外界无功、无热交换。）封闭系统：与外界无功、无热交换。二、系统的内能二、系统的内能内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及内能是指物体内部大量分子的无规则运动（平动、转动及振动）的动能和分子间相互作用的势能之和振动）的动能和分子间相互作用的势能之和。系统的内能取决于系统的状态，系统的内能取决于系统的状态，是系
5、统状态的单值函数是系统状态的单值函数。7171内能、功、热量内能、功、热量对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，对于理想气体，由于分子间无相互作用力，没有势能，所以，理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即所以，理想气体的内能等于所有气体分子的动能之和。即理理想气体的内能只是温度的函数想气体的内能只是温度的函数EE=EE（TT），），内能的变化只取内能的变化只取决于温度的变化。决于温度的变化。内能内能EE=ff（TT、VV）=ff（TT、PP）=ff（VV、PP）内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，内能是状态的单值函数，内能的变化只与始末状态有关，与过程无关。与过程
6、无关。（因为对给定的系统（因为对给定的系统TT、VV、PP三者之间有确定的函数关系。）三者之间有确定的函数关系。）如：如：11molmol双原子理想气体，温度由双原子理想气体，温度由272700CC上升到上升到12712700CC，问：（问：（11）等容升温；（）等容升温；（22）等压升温；（）等压升温；（33）绝热升温。过程）绝热升温。过程中内能中内能各增加了多少？各增加了多少？解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：解：内能变化只与始、末状态有关，故内能变化相同，均为：对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间对于实际气体，除分子各种运动的动能外，还有分子间的势能，这势
7、能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积的势能，这势能于分子间的距离有关，也就是与气体的体积有关。所以实际气体的内能是气体的温度有关。所以实际气体的内能是气体的温度TT及体积及体积VV的函的函数：数：焦耳焦耳汤姆逊实验、真实气体的内能汤姆逊实验、真实气体的内能气体在绝热条件下，从高压强空间经多孔塞缓慢迁移到气体在绝热条件下，从高压强空间经多孔塞缓慢迁移到低压强空间的过程称为低压强空间的过程称为节流过程节流过程或焦耳或焦耳-汤姆逊过程。汤姆逊过程。大压强空间大压强空间小压强空间小压强空间多孔塞多孔塞对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。对真实气体，节流膨胀后温度发生变化。正焦耳正焦耳-汤姆逊效应：
8、节流膨胀后温度降低；汤姆逊效应：节流膨胀后温度降低；负焦耳负焦耳-汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。汤姆逊效应：节流膨胀后温度升高。对理想气体经历节流过程：对理想气体经历节流过程：说明理想气体经历节流过程后温度不变。说明理想气体经历节流过程后温度不变。真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在真实气体经历节流过程后温度变化说明分子间存在相互作用的势能。相互作用的势能。实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的实验的应用：干冰的制作。使高压二氧化碳从阀口的小孔喷射出来，从而使温度降低，制成干冰。小孔喷射出来，从而使温度降低，制成干冰。三、热与功的等效性三、热与功的等效性如图：温度都由如图：温
9、度都由TT11TT22状态发生了相同的变化。状态发生了相同的变化。加热加热因为功是能量传递的一种形式因为功是能量传递的一种形式，是系统能量变化的一种量度。，是系统能量变化的一种量度。所以热量也是能量传递的一种所以热量也是能量传递的一种形式，是系统能量变化的一种量形式，是系统能量变化的一种量度。度。功和热量可以用相同的单位：功和热量可以用相同的单位：焦耳（焦耳（JJ）。）。传热传热作功作功等效等效再如：焦耳实验再如：焦耳实验搅拌作功搅拌作功焦耳实验焦耳实验mm11、作功、作功PPVVddVV结论：结论：体积分与路径有关，是一体积分与路径有关，是一过程量，其值过程量，其值等于等于PP(v)(v)曲
10、线曲线与与VV轴轴包围的面积包围的面积（即过程曲线下的面积）。（即过程曲线下的面积）。热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作热力学系统体积发生变化时对外界所作功或外界对系统作功。功功。功能量传递的一种方式能量传递的一种方式。对系统对系统作功作功是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则是通过物体作宏观位移来完成的，是物体有规则的运动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的运动与系统内分子的无规则运动之间的转换。从而改变系统的内能。的内能。功的计算式：功的计算式：dxdx22、传热、传热功与热量关系：功与热量关系：本质不同，但在改变系统内能方面是等效的本质不同，但在改变系统
11、内能方面是等效的向系统向系统传递热量传递热量是通过分子间的微观相互作用来完成的；是是通过分子间的微观相互作用来完成的；是系统外分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而系统外分子无规则运动与系统内分子无规则运动的转换。从而改变系统的内能。是热运动能量的传递过程。改变系统的内能。是热运动能量的传递过程。注意：注意：（11）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；）功和热量本身不是能量，它们只是能量变化的量度；（22）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才）功和热量是过程量，它们只有在系统状态变化过程中才有意义。（内能才是状态量）有意义。（内能才是状态量）（33）功和热量虽然
12、等效，但本质不同。）功和热量虽然等效，但本质不同。实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对实验表明：始末状态一定，不论系统经历哪一种过程，对系统作的功系统作的功WW和对系统传递的热量和对系统传递的热量QQ的总和是一定的，与过的总和是一定的，与过程无关。程无关。即：即：EE=WW+QQ内能内能EE是状态量，只与始、末态有关，是状态量，只与始、末态有关，QQ、WW是过程量。是过程量。热力学第一定律热力学第一定律系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的系统从外界吸收的热量在数量上等于该过中系统内能的增量及系统对外界作功的总和。增量及系统对外界作功的总和。（有限过程）（有限过程）（微
13、小过程）（微小过程）热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换热力学第一定律的实质：包括热现象在内的能量守恒与转换定律。定律。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。热力学第一定律指出第一类永动机是不可能实现的。第一类第一类永动机：永动机：EE22-EE11=0=0（循环）循环）WWQQ(或或QQ=0)=0)7272热力学第一定律热力学第一定律关于热力学第一定律应注意：关于热力学第一定律应注意：（11）（）（EE22-EE11）、）、WW、QQ应取相同的单位；应取相同的单位；（22）式中各量可正可负，）式中各量可正可负，规定：系统从外界吸热时，规定：系统从外界吸热时，QQ为正，
14、为正，放热时，放热时，QQ为负。为负。系统对外界作功时，系统对外界作功时，WW为正，为正，外界对系统作功时，外界对系统作功时，WW为负。为负。系统内能增加时，系统内能增加时，EE为正，为正，减小时，减小时，EE为负。为负。（33）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热）在热、功转换的过程中，不是直接进行的，而是通过热力学系统来完成的。力学系统来完成的。一、热力学过程一、热力学过程（系统状态随时间改变）（系统状态随时间改变）分类：分类：（11）按系统与外界的关系分类；）按系统与外界的关系分类；自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡自发过程（无外界帮助所进行的过程）由非平衡平衡平衡非
15、自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非平衡非自发过程（外界帮助才能进行的过程）由非平衡平衡平衡或由平衡或由平衡非平衡非平衡外界作用外界作用3030cc5050CC水温度降低的过程水温度降低的过程：选择选择水研究：水研究：自发过程。自发过程。选择选择水水+空气研究：非自发过程。空气研究：非自发过程。过程自发与否与研究对象有关。过程自发与否与研究对象有关。7373、44热力学第一定律对理想气体等容、热力学第一定律对理想气体等容、等压和等温过程的应用等压和等温过程的应用气体的热容气体的热容（22）按过程的特征分类：）按过程的特征分类：ddVV=0=0等容过程等容过程ddPP=0=0等压过程等压过程d
16、dTT=0=0等温过程等温过程QQ=0=0绝热过程绝热过程初态初态=末态末态循环过程循环过程不具备这几个特征的不具备这几个特征的过程属一般过程。过程属一般过程。（33）按过程所经历的中间状态的性质分类：）按过程所经历的中间状态的性质分类：平衡过程平衡过程（准静态过程）：（准静态过程）：系统所经历的中间状态都无限接近平衡态（过系统所经历的中间状态都无限接近平衡态（过程进行得无限缓慢）。程进行得无限缓慢）。非平衡过程非平衡过程（非静态过程）：（非静态过程）：系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡系统所经历的中间状态只要有一个不能视为平衡态（过程进行得快）。态（过程进行得快）。过程进行得快慢是相对的。过程进行得快慢是相对的。弛豫时间弛豫时间：系统由非平衡态恢复到平衡态所需要的时间。：系统由非平衡态恢复到平衡
