09 热力学基础

第九章热力学基础

一、内容概述

本章从能量的观点研究物质热现象的宏观基本规律及其应用，是热力学的基础内容。主要有：准静态过程、热量、功、内能等基本概念，与热力学第一定律及其对理想气体各等值过程的应用，理想气体的摩尔热容，循环过程，卡诺循环和热力学第二定律等。

二、基本要求

（1）掌握功和热量的概念，理解平衡过程。掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体各等值过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量及卡诺循环的效率。

（2）了解可逆过程和不可逆过程，理解热力学第二定律的两种叙述。

§9.0预备知识：气体物态参量平衡态理想气体物态方程

一﹑气体的物态参量

1．气体的物态参量：体积V﹑压强P﹑热力学温度T，其中，体积V﹑压强P属于力学量，温度使气体冷热程度的量度，属于热学量。

（1）体积：气体所能达到的空间。对于处于容器中的气体，容器的体积就是气体的体积。

单位：m3，dm3，L 换算：1L=1dm3=1×10-3m3

（2）压强：作用于容器壁上单位面积的正压力，即P=F/S。从微观上看是器壁单位面积上气体分子与器壁碰撞的平均冲力。

单位：P a 换算：1 P a=12?

N

?m

☆通常把45o纬度海平面处0o C的大气压（1.013×105Pa）称为标准大气压，大气压强的单位为帕斯卡（Pa）。

（3）温度：物体冷热程度的量度，反映了气体分子热运动的激烈程度。温度的数值表示法叫温标。1987年第18届国际计量大会规定，热力学温标为基本温标。

国际单位制中，热力学温度是基本量之一。 单位：开尔文，符号K

★温标

⑵系统如分几个部分，各部分熵变之和等于系统的熵变。

三﹑熵增加原理

孤立系统内的不可逆过程，熵要增加，即：0

ΔS

>

孤立系统中的可逆过程熵不变，即：0

ΔS

≥

=

ΔS 综上所述，有：0

熵增加原理：孤立系统中的可逆过程，熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵增加。孤立系统中，熵永不减小。孤立系统中的不可逆过程总是向熵增加的方向进行，直至到达熵最大。熵增原理成立条件：孤立系统或绝热过程。

四﹑熵增加原理与热力学第二定律

问题讨论

1、系统吸收热量是否一定会升高温度，系统与外界无热交换时，系统的温度也能发生变化吗？

讨论：热量是热交换过程中传递的能量，而温度是系统热运动剧烈程度的量度，系统温度的变化与热量传递并无必然的联系。等温膨胀过程系统吸收热量对外做功，系统的内能和温度不变；绝热膨胀过程系统与外界并没有热量交换。但系统的内能和温度降低。

2、系统体积不变是否意味着系统或外界一定不做功，气体体积增大是否系统一定对外做功？

讨论：系统体积不变，仅仅表示气体没有膨胀或被压缩，摩擦做功时系统体积保持不变。气体体积增大也并不意味着系统对外做功，真空中气体的自由膨胀，气体的体积增大，但系统不做功。

3、准静态过程是否一定是可逆过程？可逆过程是否一定是准静态过程？

讨论：准静态过程不一定是可逆过程，有摩擦的准静态过程由于热功转换的不可逆而成为不可逆过程，没有耗散的准静态过程才是可逆过程。可逆过程一定是准静态过程，因为非可逆过程是无法重复正过程的状态。