复旦大学《大学物理》课件-第九章热力学(1).pptx

准静态过程准静态过程 当实际过程进行得当实际过程进行得非常缓慢非常缓慢，可近似认为是，可近似认为是准静态过程。准静态过程。过程进行的每一步系统均处于平衡态过程进行的每一步系统均处于平衡态 是一理想模型是一理想模型 当热力学系统的状态随时间发生变化时，我们当热力学系统的状态随时间发生变化时，我们称系统经历了一个称系统经历了一个热力学过程热力学过程。原平衡态原平衡态 非平衡态非平衡态 新平衡态新平衡态 说明说明 例：例：系统（初始温度系统（初始温度 T1）从）从 外界吸热外界吸热 系统系统T1 T1 T2 T1+T T1+2T T1+3T T2 从从 T1 T2 是是准静态过程准静态过程 T2 非准静态过程非准静态过程 系统系统 温度温度 T1 直接直接与与 热源热源 T2接触接触 u 例例:外界对系统做功外界对系统做功 快速压缩快速压缩 非平衡态到平衡态的过渡时间非平衡态到平衡态的过渡时间，即弛豫时间即弛豫时间，约约 10-3 秒秒 L/v 1m/(1000m/s)，如果实际压缩一次所用时间如果实际压缩一次所用时间为为 1 秒秒，就可以说就可以说 是准静态过程是准静态过程。外界压强总比系统压强大一外界压强总比系统压强大一无限无限小量小量 P，缓慢压缓慢压缩缩可近似看为可近似看为准静态过程准静态过程。非准静态过程非准静态过程 系统平衡态可用系统平衡态可用（P-V）（或或P-T，V-T）描描述述。故准静态过程可以用故准静态过程可以用P-V图图（或或P-T图图，V-T图图）中一条曲线表示中一条曲线表示，反之亦如此反之亦如此。图中虚线对应非准图中虚线对应非准静态过程静态过程 。V P o P-V图图 系统所作的功在数值上系统所作的功在数值上等于等于P-V 图上过程曲线图上过程曲线以下的面积。以下的面积。A0：系统对外做功：系统对外做功 说明说明 作功与过程有关作功与过程有关。例 试计算理想气体的三种热力学过程中，外界对系统所做的功，说明功与变化的路径有关，它不是状态的函数 VVVVVdVWpdVRTRTVV221121ln i)等温过程C D：解:p p2 p1 V1 V2 V A B C D 0 112221pVp VpWRTpln 210VVW,若膨胀时，则 ，说明外界对气体做负功 又由：ii)等压过程C A(p=p1)或B D(p=p2):VVWpdVp VV2121()利用状态方程可得：WR TT21()p p2 p1 V1 V2 V A B C D 0 dVW00iii)等容过程C B或A D：由此可看出外界对系统所做的功，说明功与变化的路径有关，它不是状态的函数 所以 由C经等温过程到达D，外界做功为：VpWRTRTVp2211lnln 由C经B到达D，外界做功为：221()Wp VV 由C经A到达D，外界做功为：121()Wp VV p p2 p1 V1 V2 V A B C D 0 例例 设一质量为M、等温压缩系数 和密度 均为常数的简单固体，若系统压强从pi等温准静态增加到pf，计算此过程中，外界对系统所做的功。pTVVdVdTdpTp()()解：选T，p为系统状态参量，则VV(T,p)，可得 对于等温过程，有dT=0，所以 TVMdVdpVdpdpp()此过程中外界对系统所做的功为：ffiiVpVpMWpdVpdp 即 22()2fiMWpp内能内能 利用功可以定义利用功可以定义内能内能。在某一过程中如果系统状态的变化完全是由于在某一过程中如果系统状态的变化完全是由于外界对系统做功引起的则称该过程为绝热过程外界对系统做功引起的则称该过程为绝热过程。内能：内能：实验表明，在绝热过程中外界对系统所作实验表明，在绝热过程中外界对系统所作的功仅取决于系统的初态和末态，而与过程无关。的功仅取决于系统的初态和末态，而与过程无关。热力学系统在绝热过程热力学系统在绝热过程(包括准静态或非静态绝热过程包括准静态或非静态绝热过程)中中，外界对系统所作的功与过程无关外界对系统所作的功与过程无关，仅取决于系统的初仅取决于系统的初态和末态态和末态。上述实验事实表明上述实验事实表明，系统一定存在一个态函数系统一定存在一个态函数，称为称为内能内能，它在初它在初、末态之间的差值等于沿任意绝热过程外界末态之间的差值等于沿任意绝热过程外界对系统所作的功对系统所作的功，即即 从微观上看从微观上看，热力学系统的内能为所有分子热运动热力学系统的内能为所有分子热运动的动能和分子间相互作用的势能之和的动能和分子间相互作用的势能之和。E=E（，）AEE12内能是状态的单值函数内能是状态的单值函数 热量热量 在功和内能的基础上在功和内能的基础上可进一步引入热量的概念可进一步引入热量的概念 Q 热力学系统从外界吸收的热量定义为在不做功过热力学系统从外界吸收的热量定义为在不做功过程中系统内能的增量程中系统内能的增量 从微观上看，传热相当于内能在不同系统之间的流动。从微观上看，传热相当于内能在不同系统之间的流动。21QEE1T2T21TT 通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递存在温差而发生的能量传递.Q微小热量微小热量：Q 0 表示系统从外界吸热；表示系统从外界吸热；0 即内能与体积无关。即内能与体积无关。焦耳定律：焦耳定律：理想气体理想气体的内能的内能只是温度只是温度的函数，与体积无关。的函数，与体积无关。适用条件适用条件，理想气体，气体密度趋于零，或分子间作用力很小。，理想气体，气体密度趋于零，或分子间作用力很小。实际气体：实际气体：),(VTUU 实际气体的节流膨胀效应：实际气体的节流膨胀效应：证明内能与温度的关系。证明内能与温度的关系。大多数实际气体，节流膨胀后温度降低，大多数实际气体，节流膨胀后温度降低，可用来进行气体降温。可用来进行气体降温。由热力学第一定律，可得 UUpVpV211122即：UpVUpV111222HH12 或或焦耳焦耳-汤姆孙效应汤姆孙效应