大学物理讲座(热力学)

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1、热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华大学物理讲座大学物理讲座孙秋华孙秋华热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华教学要求教学要求:1.掌握压强和温度的微观意义。掌握压强和温度的微观意义。2.在微观方面，掌握能量按自由度均分原则，从而导出理想气体的内能公式。在微观方面，掌握能量按自由度均分原则，从而导出理想气体的内能公式。在宏观方面，掌握理想气体的内能只是温度的单值函数。理解真实气体的内在宏观方面，掌握理想气体的内能只是温度的单值函数。理解真实气体的内能是温度和体积的状态函数。能是温度和体积的状态函数。3.掌握气体分子速率的统计

2、分布规律。着重利用分布函数能计算气体分子三掌握气体分子速率的统计分布规律。着重利用分布函数能计算气体分子三种速率及其它的物理量。种速率及其它的物理量。4.掌握内能、功和热量三者的意义。了解做功和传递热量对系统内能的变化掌握内能、功和热量三者的意义。了解做功和传递热量对系统内能的变化是等效的，但其本质是有区别的。内能是状态的函数。而做功和传递热量则是等效的，但其本质是有区别的。内能是状态的函数。而做功和传递热量则与过程有关。与过程有关。5.从普遍的能量转换和守恒定律掌握热力学第一定律及其理想气体各等值过从普遍的能量转换和守恒定律掌握热力学第一定律及其理想气体各等值过程中的应用。会计算循环过程的效

3、率。程中的应用。会计算循环过程的效率。6.理解热力学第二定律时，掌握热力学第二定律的微观实质。理解热力学第二定律时，掌握热力学第二定律的微观实质。热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华一、基本概念一、基本概念1. 平衡过程平衡过程 系统从一个状态不断地变化到另一个状态，我们称系统从一个状态不断地变化到另一个状态，我们称系统经历了一个过程。若其间所经历的所有中间状态都系统经历了一个过程。若其间所经历的所有中间状态都无限地接近平衡态，这个过程称为平衡过程。（准静态无限地接近平衡态，这个过程称为平衡过程。（准静态过程）过程）2.功：（描述力对空间积累的物理量）功：（

4、描述力对空间积累的物理量）21VVpdVA热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华3.3.热量热量)TT(CQm124. 定容摩尔热容量定容摩尔热容量RiCV2 5. 定压摩尔热容量定压摩尔热容量RCCVP 6. 摩尔热容比摩尔热容比VPCC 7.7.理想气体的内能：所有分子的动能总和。理想气体的内能：所有分子的动能总和。TCMMEVmol 热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华1211QQQQA 8.热机效率：热机效率：9.致冷系数：致冷系数：2122QQQAQ BAABTQSSd10. 熵熵热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理

5、学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华二、基本定律和定理二、基本定律和定理1.热力学第一定律：热力学第一定律：AEEQ )(12理想气体无摩擦的平衡过程理想气体无摩擦的平衡过程)()(1212TTCMMEEVmol 21VVpdVA 21)(12VVVmolpdVTTCMMQdTcpdVdQV热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华热力学第一定律对理想气体五个过程的应用热力学第一定律对理想气体五个过程的应用0绝热绝热0等温等温等压等压0等容等容备注QAE过程TcMMvmolTcMMvmolTcMMvmol)(12VVp12lnVVRTMMmolTcMMvmolT

6、cMMvmolTcMMpmol12lnVVRTMMmolRicV2RRicp2Vpcc直线直线TcMMvmol梯形面积讨论温度转换点讨论温度转换点吸放热转换点吸放热转换点热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华2.热力学第二定律：热力学第二定律：开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变成有用功而不产生其它影响。不产生其它影响。克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。克劳修斯表述：热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。热力学第二定律的热力学第二定律的统计意义统计意义：一个不受外界影响

7、的：一个不受外界影响的“孤立系统孤立系统”，其内部发生的过程，总是由概率小的状态向，其内部发生的过程，总是由概率小的状态向概率大的状态进行，由包含微观状态数少的状态向包含微观概率大的状态进行，由包含微观状态数少的状态向包含微观状态数多的状态进行。状态数多的状态进行。WkSln 3.熵增加原理熵增加原理在孤立系统内发生的任意不可逆过程，总导致整个系统的熵的增在孤立系统内发生的任意不可逆过程，总导致整个系统的熵的增加，系统的总熵只有在可逆过程中才是不变的。加，系统的总熵只有在可逆过程中才是不变的。热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华热热学学气体分子动理论气体分子

8、动理论热力学热力学 nvnmp32312 kTk 32dvvfNdN)( 能量均分定理能量均分定理mkTvmkTvmkTvp3822 TCMMEVmol 热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律：两种表述热力学第二定律：两种表述 21)(12VVVmolpdVTTCMMQvdnZ22PdkTdn22221BAABTQSSd热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华 热力学一些物理量的计算热力学一些物理量的计算例例1、 有一绝热容器，用一隔板将容器分为两部分，其体积分别为有一绝热容器，用一隔板将容器分为两部分，其体积分别为V1和和V2，V1内有内有N个分子的理想气

9、体，个分子的理想气体，V2为真空。若将隔板抽掉，为真空。若将隔板抽掉，试求：该过程的熵变。试求：该过程的熵变。三、典型例题三、典型例题热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华PdVdQ TPdVTdQSS12VNkTnkTP12112ln121VVVNkVdVNkSSVVV解：对绝热自由膨胀过程，由温度不变解：对绝热自由膨胀过程，由温度不变热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华例例2、定量的理想气体在、定量的理想气体在pV图中的等温线与绝热线交点处两线图中的等温线与绝热线交点处两线的斜率之比为的斜率之比为 0.714，求其定体摩

10、尔热容，求其定体摩尔热容 opVApAVA解：解：热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华AAQAATVP)dVdP(VP)dVdP( ndVdp/dVdpQT 141. 1 Rcv=20.8J.mol-1.K-1热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华 利用热力学第一定律求一些物理量利用热力学第一定律求一些物理量例例3、1摩尔双原子理想气体自初态摩尔双原子理想气体自初态V1=1L经下列过程经下列过程 而至终态而至终态V2=5L ，求气体在该过程中的功及热量。，求气体在该过程中的功及热量。2100Vp 热学讲座热学讲座 哈尔滨工程

11、大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华解：解：21VVpdVAdVVVV212100=8 104J)TT(cEV12)VPVp(RcV1122=-2 105JQ=-1.2 105J热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理学院哈尔滨工程大学理学院 孙秋华孙秋华例例4、右图为一理想气体几种状态变化过程的、右图为一理想气体几种状态变化过程的p-V图，其中图，其中MT为等为等温线，温线，MQ为绝热线，在为绝热线，在AM、BM、CM三种准静态过程中：三种准静态过程中：(1) 温温度降低的是那个过程？度降低的是那个过程？(2) 气体放热的是那个过程？气体放热的是那个过程？热学讲座热学讲座 哈尔滨工程大学理