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1、,21,4+71,211101,211102,212101,040103,040104,711101,711102,第十三章 热力学基础,NO. 101,20111115,热学简介,自然界雨雪的形成，蒸汽机的发明及其效率的提高，与人们生活息息相关冰箱、空调等，低温的获得及超导的发现。,Magnetically levitating a live frog,热学简介,热学概念和规律（如熵、热力学第一定律、热力学第二定律）已经进入能源、材料、宇宙、生命、信息、经济和社会领域,股票市场的走势能准确预测吗？,为什么红、黑两种颜色墨水混合后不能自动分开？,宇宙是永恒的还是会走向消亡？,地球上的能源是用之
2、不竭的吗？,为什么我们要倡导低碳生活？,宏观方法,热学简介,研究对象： 物质的热运动,研究方法：,微观方法,本次课讨论：,热力学中的几个基本概念,热力学第零定律&第一定律,一、热力学中的几个基本概念,1热力学系统,（1）所要研究的宏观物体或者物体组，简称系统。,（2）根据系统与外界的关系，把热力学系统分为：,孤立系统 (isolated system),封闭系统 (closed system),开放系统 (open system),与系统相互作用的周围环境，称为外界。,与外界完全隔绝，无物质、能量交换；,与外界无物质交换，但可有能量交换；,与外界可以有物质交换，或能量交换.,本课程常以一定质量
3、的理想气体为热力学系统。,1热力学系统,（3）理想气体,一、热力学中的几个基本概念,宏观定义：,分子本身的大小远小于分子间的平均距离； b. 除碰撞的瞬间外，分子间无相互作用； c. 分子间（或分子与容器壁）的碰撞为弹性碰撞。,b. 温度较高（大于500K）、压强不大（不高于 1.01105帕）；,a. 遵循三个实验定律（Boyle, Gay Lussac, Charles） 和Avogadro定律；,微观定义：,无相互作用的弹性质点。,2平衡态,一个热力学系统在不受外界影响的条件下，它的宏观性质具有空间均匀性和时间不变性。,处于平衡态的热力学系统可用一组状态量（p, V, T）表示。,p 力
4、学量；V 几何量； T 热学量,理想气体的平衡态在p-V图上表示成一个点,一、热力学中的几个基本概念,一个连接于高温热源和低温热源之间的金属棒，一段时间后金属棒上各处温度不再变化，这是平衡态吗？,?,NO! 是稳定态,3准静态过程,（1）若外界对系统有影响，系统从一个状态到另一个状态所经历的变化叫热力学过程。,（2）准静态过程：系统的初、末态及所有的中间态都可近似看成平衡态 。,实际的热力学过程为非静态过程。,是一个理想情况（非常缓慢的过程）；,准静态过程在p-V图上表示为一条曲线 ；,一、热力学中的几个基本概念,4体积功,（1）一定质量的气体由于体积变化所做的功 。,（2）在p-V图中表示为
5、过程曲线下方所包围的面积 。,功是过程量。,如何实现系统的准静态过程？,当气体体积从V1变到V2时，所做的总功为,缓慢地作功或热传递！,气体膨胀，对外界作正功 ，,一、热力学中的几个基本概念,元功,气体被压缩，对外界作负功,5热量,（1）系统与外界由于存在温度差传递的能量。,热容,比热容,摩尔热容,（2）若Q0，系统从外界吸收热量； 若Q0，系统向外界放出热量。,一、热力学中的几个基本概念,5热量,等体摩尔热容：,等压摩尔热容：,热量是过程量 !,一、热力学中的几个基本概念,等体过程：,等压过程：,（3）实验发现：相同的理想气体分别经等体、等压过程升高相同的温度，所吸收的热量不等。,（1）做功
6、和热传递都可以改变系统的能量。,小结：,（2）热力学第零定律：,热能与其他形式的能量的转化,热能在不同的系统之间的转移,如果物体A和B分别与物体C处于热平衡的状态， 那么A和B之间也处于热平衡.,一、热力学中的几个基本概念,系统与外界存在压力差,系统与外界存在温度差,6内能,系统的内能指系统的总能量。,说明：,（1）由于热力学只讨论热运动，所以系统的内能变化只与分子动能和分子间势能有关，即,（2）对于理想气体，分子间没有作用力，没有势能，所以,内能是系统的状态函数，处于某一平衡态的系统 内能是确定的。,包括：所有分子的动能，分子之间的相互作用势能， 原子内部的电磁能与核能等。,一、热力学中的几
7、个基本概念,二、热力学第一定律,结论：,系统从状态A经不同热力学过程变到状态B，尽管外界对系统做的功和系统从外界吸收的热量可能各不相同，但内能变化相同。,系统从外界吸收的热量，一部分使系统内能增加，另一部分使系统对外做功。,热力学第一定律：,+,系统吸热,系统放热,内能增加,内能减少,系统对外界做正功,系统对外界做负功,说明：,（2）对于状态微小变化过程：,（3）热力学第一定律说明第一类永动机不可能 实现！,（1）热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的体现！,（无需吸收热量，也无需损耗 内能就能不断对外做功的系统）,二、热力学第一定律,历史上的第一类永动机：,二、热力学第一定律,NO!,内能不变，但可以有热量传递和做功！,例：如图所示，一定量的理想气体经历ACB过程吸热700J，则经历ACBDA过程时吸热为多少？,今日作业,137，8，10,
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