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1、教案首页授课内容导言第一章热力学的基本规律所需课时14学时主要教材或 参考资料1汪志诚编高等教育出版社1986年2王竹溪著人民教育出版社1964年一版3熊吟涛编人民教育出版社1979年三版教学目标知识目标：知道平衡态与稳恒态的区别，掌握描述平衡态方法。 理解热平衡定律，知道热力学A、二定律建立的历史，掌握热力学第一定律在理想气体系统中的 应用，理解第二定律各种表述的等效性及热力学温标的意义。知道第二定律的数 学表述，理解热力学基本方程的意义。能力目标：学会论证各种不可逆过程的等效性，掌握求解系统物态方程的方法及 功的计算。会计算理想气体的嫡，并运用嫡增加原理对过程的可逆性进行判断。 德育目标：
2、1.辩证看待与分析目前的热力学。2 .激发学生对当前热力学理论进行研究的动机。3 .形成对热力学这一门科学的正确态度。教学重点重点应放在嫡的性质及嫡增加原理的应用上。教学难点热力学定律的严格性和系统性。教学方法1.全程多媒体教学2.讨论法3.讲授法教学内容及 时间安排导言 0.5学时 A章热力学的基本规律1 . 1热力学系统的平衡状态及其描述1学时 1. 2热平衡定律和温度0.5学时1 .3物态方程 0.5学时1. 4功0.5学时1. 5热力学第一定律1学时1 . 6热容量和烙0.5学时1. 7理想气体的内能1学时1 .8理想气体的绝热过程1学时1. 9理想气体的卡诺循环1学时1 .10热力学
3、第二定律0.5学时1. 11卡诺定理0.5学时1. 12热力学温标0.5学时1. 13克劳修斯等式和不等式1学时1 . 14嫡和热力学基本方程0.5学时1. 15理想气体的嫡0.5学时1. 16热力学第二定律的普遍表述0.5学时1. 17嫡增加原理的简单应用1学时1 . 18自由能和吉布斯函数 0.5学时习题 1学时学习指导1 .复习教材和笔记中本章内容。2 .阅读 汪志诚第1章。作业及思考题思考题：1取一金属杆，使其一端与沸水接触，另一端与冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，杆的温度虽然不同，但将不随时间改变，这时金属杆是否处于平衡态？为什么？2用热力学第二定律证明：在p-V图上两条绝热线不
4、能相交；绝热线与等温线不 能用两个交点。3给出嫡的宏观及微观意义。教研室审阅意见教 学 程 序教学的基本内容时间安排教学方法导言0.5学时 由现实问题 出发，采用 归纳的方法 讲解测量的 概念导 言生活中所接触的宏观物体是由大量微观粒子构成的，并且这些微观粒子不停地进行着无规 则的运动。热运动：大量微观粒子的无规则运动称为物体的热运动研究对象：由大量做无规则运 动的微观粒子构成 的宏观物体。研究方法：1、热力学方法2、统计物理学方法热力学是研究热运动的宏观理论，它以几个基本的实验定律为基础。应用数学方法，通过 逻辑演绎得出有关物质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等。优 点：
5、具有普遍性、可靠性。问题分析结 合演绎法缺 点：由于物质的微观结构，把物质看成连续体，用连续函数表达物质的性质，因此不 能解释宏观性质的涨落。统计物理是研究热运动的微观理论。它认为宏观物理系统是由大量微观粒子组成的，物质 的宏观性质是大量微观粒子运动的集体表现，宏观物理量是微观量的统计平均值。优点：能深入到热运动的本质，可以解释涨落现象。在对物质的微观结构作出假设之后， 应用统计物理的理论还可以求得具体的物质特性。缺 点：由于对物质的微观结构所作出的只是简化的模型假设，因此所得到的理论结果往 往只是近似的。1学时 结合当前各 种考试中的 问题进行分 析第一章热力学的基本规律1. 1热力学系统的
6、平衡状态及其描述一、热力学系统任何一个与热现象有关的宏观物质系统称为热力学系统。与选定的系统发生相互作用的其它物体称为外界。根据系统与外界相互作用的情况，可作以下区分：孤立系：与其它物体没有任何相互作用的系统。闭 系：与外界有能量交换，但没有物质交换的系统。开 系：与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。二、热力学平衡状态一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会到达这样的状态，系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为 热力学平衡态。学生较难理 解，结合实 例进行分析0.5学时其特点：1、是一种热动平衡 2、存在涨落，但小到可以忽略。三、状态参量 用于描述系统
7、的平衡状态的量称为状态参量。系统的平衡状态就是由它的宏观物理量 状态参量的数值确定的。 常用状态参量：几何参量 如 体积V力学参量 如压弓H P化学参量 如各组分的质量和摩尔数 1. 2热平衡定律和温度 一、热平衡定律将两个物体用一个固定的器壁隔开，使两物体之间不发生物质的交换和力的相互作 用。如果器壁具有这样的性质，当两个物体通过器壁相互接触时，两物体的状态可以完全 独立的改变，彼此不影响，这器壁就称为绝热壁。非绝热的器壁称为 透热壁。如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也必处在热平衡，这个事实称为热平衡定律（也称为热力学第零定律）。它指出：互为热平衡的物体必有一个共同的物理性质
8、，这个性质论证她们在进行热接 触时达到热平衡，这个共同的性质就是温度。温度是一个态函数，与过程无关。热力学第零定律不仅给出了温度的概念，而且指明了比较温度的方法，即可用一个标准的物体来测量其他物体的温度，这个标准的物体就是温度计。要定量的确定温度数值，还必须对不同的冷热程度给予数值的表示，即确定温标。经验温标：凡是以某种物质的某一特性随冷热程度的变化为依据而确定的温标。实验表明，不论用任何其气体作为测温物质，在压强趋于零的极限下，它们趋于一个共同的极限温标理想气体温标。T =273.16K X LIM ( p/pt)0.5学时结合当前各 种考试中的 问题进行分 析1. 3物态方程一、物态方程在
9、平衡状态下，态函数温度是描述系统平衡状态的量状态参量的函数。物态方程就是给出温度和状态参量之间的函数关系的方程。对气体、液体和各项同性的固体等简单系统，可以用 V、P来描述它们的平衡状态。态函数T=g (P, V)或f (T,P, V) =0例如 热学的物体方程有：1、理想气体状态方程PV=nRT(=RT)2、范德瓦耳斯方程(1mol)(p+ ) (vb) =RT3、昂尼斯物态方程(1 mol级数形式)PV = A+ B p+Cp+Dp +一.其中，A、B、C、D分别为第一、第二、第三、第四 位力系数。二、与物态方程有关的物理量1、体胀系数 a1 V定乂：a =压强保持不变，温度升高1K所引起
10、的物体 体积变化的百分率。2、V T P学生较难理解，结合实例进行分析压强系数31 P r、 一 r定义：3 =- - 体积保持不变，温度升高1K所引起的物体 压强变化的百分率。3、T等温压缩系数1 V定义：K =温度保持不变，增加单位 压强所引起物体 体积变化的百分率。V P T其中这三个量的偏导存在如下关系:1因止匕a、 & K0.5学时满足a = K 3 P对于简单固体和液体，通过实验测得的膨胀系数a和压强系数K ,可以证明简单固体和液体的物态方程可以表示为：V (T, P) = V (T 0 , 0) 1+ a (T - T0 ) - kT P1. 4功一、准静态过程1、热力学过程：热
11、力学系统的状态随时间的变化的过程。系统与外界进行能量交换的途径有两种：外界对系统的作功传递热量功和热都是与过程有关的量2、准静态过程 如果系统在由一个状态变化到另一个状态的过程中，系统有足够的时间恢复平衡态，因此可以认为系统从一个状态变到另一个状态的过程中，每一时刻都处在平衡态，这个过程称为准静态过程。说 明：1、准静态过程是一种理想过程 2、对无摩擦阻力准静态过程，外界对系统的作用 力，可以用描写系统平衡状态的参量表示出来。准静态过程中，当系统有了微小的体积变化d V 0 时，d V时，外界对系统所作的功 ？w=-P d Vo?w0?w0表不系统吸热？Qv 0表不系统放热?W0外界对系统作正
12、功？Wv 0外界对系统作负功学生较难理dU0系统内能增加dU0系统内能减少解，结合实例进行分析0.5学时几点说明：1、热一定律表明内能是系统状态函数，它只与系统的始末状态有关，与系统 所经历的过程无关。2、热一定律定义了热量？Q = dU - ?W3、包括热现象在内的能量守恒与转化定律微观角度：内能是系统中分子无规则运动的能量总和的统计平均值。无规则运动的能量包括分子的动能和分子间相互作用的势能及分子内部运动的能量。1. 6热容量和烙一、热容量1、定义：一个系统在某过程中温度升高1K所吸收的热量。A Q表示物体在某过程中温度升高AT时所吸收的热量，则物体在该过程中的热容量为摩尔热容量：c表示1摩尔物质的热容量。表示为c/M摩。满足：C = nc比热：单位物质在某过程的热容量。2、等容和等压热容量、等容热容量 等容过程 W=0,由热一可知AQ=AU。Cv lim0(券V Um0(*T)V (T)V、等压热容量等压过程 P =常数， U= Q+ W= Q-P VAQ= AU+P A V/AQ、ZAUP
