1、热力学基础（一）热力学基础（一）第第 一一 讲讲本讲主要内容本讲主要内容A.热力学基本概念热力学基本概念B.理想气体状态方程理想气体状态方程C.热力学第一定律热力学第一定律D.热力学第一定律的应用热力学第一定律的应用A.热力学基本概念热力学基本概念热力学研究的对象热力学研究的对象-热力学系统热力学系统它包含极大量的分子、原子它包含极大量的分子、原子以以 阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数 NA=6.0221023 计计热力学系统以外的物体称为热力学系统以外的物体称为 外界外界例：若汽缸内气体为系统，其它为外界例：若汽缸内气体为系统，其它为外界开放系统开放系统 孤立系统孤立系统封闭系统封闭系统系统系统
2、与外界有与外界有 m、E 交换交换与外界有与外界有 E 交换，无交换，无 m 交换交换与外界无与外界无 E、m 交换交换在在不受外界影响不受外界影响的条件下，系统的宏观性质的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为不随时间改变的状态，称为平衡态平衡态。思考：思考：1、什么是非平衡态？、什么是非平衡态？2、为什么说平衡态是理想模型？、为什么说平衡态是理想模型？3、为什么说平衡态是动态平衡？、为什么说平衡态是动态平衡？描述热力学系统描述热力学系统平衡态的宏观性质平衡态的宏观性质的的物理量：物理量：P、T、V、E、S .描述系统状态的描述系统状态的 宏观量宏观量，一般可以，一般可以 直接测量直
3、接测量。V、E 等等-可以累加，称为可以累加，称为 广延量广延量。P、T 等等-不可累加，称为不可累加，称为 强度量强度量。绝热板绝热板导热板导热板A、B 两系统两系统互不影响，互不影响，各各自达到平衡态自达到平衡态A、B 两系统的平衡态若有联系，两系统的平衡态若有联系，在达到在达到 热平衡热平衡 时，时，A、B 两系统两系统具有具有一个共同的宏观性质一个共同的宏观性质，称为，称为系统的系统的 温度温度。ABC设设 A 和和 C、B 和和 C 分别热分别热平衡，则平衡，则 A 和和 B 一定热平一定热平衡。衡。（热力学第零定律）热力学第零定律）CA 和和 C 热平衡，热平衡，TA=TC；C 0
4、，系统放热系统放热 Q 0，外界对系统作功外界对系统作功 W CV 。WEQP)()()(121212TTRMmTTCMmTTCMmVPRCCVP 迈迈耶耶公式公式VPCC 泊松比泊松比单单原子分子原子分子（如（如 He）双原子分子双原子分子（如（如 H2）多原子分子多原子分子（如（如 CO2）CVCPR23R25R25R27R3R4V1V2PVQQ=W T=const.0dT过程方程过程方程const.PV0E21dVVVPWRTMmPV 2112lnlnPPRTMmVVRTMmW等温过程系统内能不变等温过程系统内能不变系统对外界所做的功系统对外界所做的功21dVVVVRTMm吸收的热量吸收
5、的热量WQT例题、例题、将将 500 J 的热量传给标准状态下的热量传给标准状态下 2 mol 的氢。的氢。（1）V 不变，热量变为什么？氢的温度为多少？（不变，热量变为什么？氢的温度为多少？（2）T 不变，热量变为什么？氢的不变，热量变为什么？氢的 P、V 各为多少？（各为多少？（3）P 不变，热量变为什么？氢的不变，热量变为什么？氢的 T、V 各为多少？各为多少？解：解：（1）QV=E，热量转变为内能热量转变为内能)(250TTRMmQVK 285T110KmolJ 31.8 ,K 273 ,J 500-VRTQ（2）QT=W，热量转变为功热量转变为功PPRTMmQT00lnPa 1007
6、.94PPVPV00Pa 10013.150P32m 105V330m 104.222V（2）QP=W+E，热量转变为功热量转变为功和内能和内能)(270TTRMmQPK 6.281T300m 046.0TTVV例题：例题：一定量的理想气体，由状态一定量的理想气体，由状态 a 经经 b 到达到达 c。（图中图中 a b c 为一直线），求此过程中：为一直线），求此过程中：（1）气体对外做的功；）气体对外做的功；（2）气体内能的增量；）气体内能的增量；（3）气体吸收的热量。）气体吸收的热量。P(atm)V(l)0321321cba解：解：过程曲线下的面积WJ2.405m 102Pa 10013.
7、12335ccaaVPVP0EWEQJ2.405P(atm)V(l)0321321cbacaTT 例例:质量为质量为 2.8 10-3 kg，压强为压强为 1 atm，温度为温度为27 的氮气，先等容增压，压强升至的氮气，先等容增压，压强升至3 atm；再等温膨胀，再等温膨胀，压强降至压强降至 1 atm；然后等压压缩，体积压缩一半。试然后等压压缩，体积压缩一半。试求氮气在全部过程中的内能变化、所做的功和吸收的求氮气在全部过程中的内能变化、所做的功和吸收的热量，并画出热量，并画出 P-V 图。图。解：解：V3V4VP(atm)132V1atm 11P33111m1046.2 PRTMmVK 3
8、001T333223m1038.7PVPVK 4503344TVVTatm 1,K 90033PT333434m 1069.32,atm 1VVPPatm 3 m1046.22332PVK 9001122TPPTV3V4VP(atm)132V1等容过程：等容过程：J1248)(251211TTRMmEQ01W等温过程：等温过程：J823ln23222VVRTMmWQ02EV3V4VP(atm)132V1等压过程：等压过程：J936)(25J374)(3433433TTRMmEVVPWJ1310333EWQJ449321WWWWJ 761321QQQQJ 312WQE本讲本讲要点小结要点小结1、理想气体状态方程、理想气体状态方程RTMmPV 2、热力学第一定律、热力学第一定律WEQ3、理想气体的内能是温度的单值函数、理想气体的内能是温度的单值函数4、准静态过程中系统对外界所做的功、准静态过程中系统对外界所做的功21dVVVPW5、在理想气体三个、在理想气体三个“等值过程等值过程”中的应中的应用用等温等温等压等压等容等容WQE00)(12TTCMmV)(12TTCMmV)(12VVP)(12TTRMm12lnVVRTMm)(12TTCMmV)(12TTCMmP12lnVVRTMm作作 业业
