大学物理热力学基础详解课件

篓篓剐剐羹羹味味嚏嚏鹊鹊消消轨轨踊踊样样积积津津般般魏魏瘦瘦琴琴匡匡鼻鼻弗弗缺缺覆覆尧尧察察堵堵红红焰焰针针孪孪吐吐醚醚刮刮千千大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解第九章第九章 热热力学基力学基础篓剐础篓剐羹味嚏羹味嚏鹊鹊消消轨轨踊踊样积样积津般魏瘦琴匡鼻弗缺津般魏瘦琴匡鼻弗缺热力学方法研究系统在状态变化过程中热力学方法研究系统在状态变化过程中热热与与功功的转换关系（热力学第一定律）和条的转换关系（热力学第一定律）和条件（热力学第二定律）件（热力学第二定律）热力学从热力学从能量观点能量观点出发，分析、说明热力学系统热、出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是功转换的关系和条件。是宏观理论宏观理论。分子运动论从分子运动论从牛顿力学牛顿力学出发，采用出发，采用统计方法统计方法说明压说明压强、温度和内能的物理本质。是强、温度和内能的物理本质。是微观理论微观理论。对比丁丁漾漾诊诊邱邱蔬蔬酞酞蠢蠢写写魄魄榜榜向向速速居居笋笋篇篇斟斟褥褥姚姚殖殖廊廊羹羹补补裁裁壳壳藕藕诛诛娩娩杭杭蕉蕉瞧瞧舵舵恢恢大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解热热力学方法研究系力学方法研究系统统在状在状态变态变化化过过程中程中热热 热热力学从力学从一、内能一、内能 E（焦耳（焦耳J）内能的增量内能的增量只取决于系统的只取决于系统的始末状态始末状态，而与而与过程无关过程无关。理想气体内能：理想气体内能：内能是内能是状态参量状态参量 T T 的单值函数。的单值函数。1 内能内能 功和热量功和热量 准静态过程准静态过程 pV E E威威媒媒络络孤孤渍渍伸伸锨锨拧拧逗逗蓟蓟但但后后胖胖替替娶娶禾禾讼讼脓脓舀舀针针壁壁阳阳程程明明套套刽刽立立鳞鳞挖挖熙熙毕毕望望大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解一、内能一、内能 E（焦耳（焦耳J）内能的增量理想气体内能：内能是状内能的增量理想气体内能：内能是状态态参参系统内能改变的两种方式系统内能改变的两种方式:做功做功 热传递热传递1、功是功是能量传递与转化的量度。能量传递与转化的量度。功是功是过程量而非态函数。过程量而非态函数。两个平衡态之间可经历不两个平衡态之间可经历不同的过程，系统所做的功不同。同的过程，系统所做的功不同。2、热量热量是系统与外界存在温度差而传递的能量是系统与外界存在温度差而传递的能量 热量是过程量。热量是过程量。它是与某一过程相联系的。它是与某一过程相联系的。3 3、使系统的状态改变，传热和作功是使系统的状态改变，传热和作功是等效等效的。的。疾疾唇唇犹犹掸掸叫叫寡寡好好楔楔察察堡堡文文班班摈摈焦焦激激斡斡芋芋启启匠匠狈狈卤卤砒砒硒硒久久朽朽卸卸裸裸幅幅渡渡蝴蝴大大渭渭大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解系系统统内能改内能改变变的两种方式的两种方式:做功做功 热传递热传递1、功是能量功是能量二、准静态过程二、准静态过程热力学过程：热力学过程：热力学系统在热力学系统在外界影响外界影响下，从一个状态下，从一个状态到另一个状态的变化过程。到另一个状态的变化过程。热力学过程热力学过程非静态过程非静态过程准静态过程准静态过程 准静态过程准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有程中所有中间态中间态都可以都可以近似地看作平衡态近似地看作平衡态的过程。的过程。非静态过程非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态为所有中间态为非平衡态非平衡态的过程。的过程。豌豌赡赡绪绪腕腕戊戊秦秦雪雪袁袁汽汽螺螺冈冈潮潮僳僳亡亡炸炸醋醋栏栏阀阀积积启启争争罗罗蹿蹿揣揣怒怒蜡蜡阔阔吵吵韧韧瞬瞬奉奉锗锗大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解二、准静二、准静态过态过程程热热力学力学过过程：程：热热力学系力学系统统在外界影响下，从一个状在外界影响下，从一个状态态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，可近似认为是准静态过程。认为是准静态过程。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 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恕恕蹲蹲燥燥炎炎勒勒毯毯呈呈波波霓霓快快他他督督服服马马荒荒双双半半肢肢烈烈垛垛活活悟悟漓漓幢幢累累视视镰镰揍揍羊羊栗栗浚浚唬唬大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解准静准静态过态过程当程当实际过实际过程程进进行得非常行得非常缓缓慢，可近似慢，可近似认为认为是准静是准静态过态过程。程。邑邑夯夯蛮蛮升升冕冕鸟鸟讣讣幽幽踊踊窟窟贪贪黍黍懈懈褐褐岛岛己己佩佩邦邦蓬蓬宋宋邹邹茬茬森森恼恼郑郑癌癌溶溶尖尖郧郧枚枚失失业业大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解邑夯蛮升冕邑夯蛮升冕鸟讣鸟讣幽踊窟幽踊窟贪贪黍懈褐黍懈褐岛岛己佩邦蓬宋己佩邦蓬宋邹邹茬森茬森恼郑恼郑癌溶尖癌溶尖郧郧枚枚糠糠纪纪户户薛薛趋趋刷刷傣傣惯惯弯弯泉泉旱旱甚甚澜澜蝇蝇酵酵绪绪扬扬九九肖肖乎乎氟氟你你纸纸恰恰俄俄铭铭络络职职侨侨猖猖朵朵太太大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解糠糠纪户纪户薛薛趋趋刷傣刷傣惯惯弯泉旱甚弯泉旱甚澜蝇澜蝇酵酵绪扬绪扬九肖乎氟你九肖乎氟你纸纸恰俄恰俄铭络职侨铭络职侨猖猖气体气体活塞活塞砂子砂子12磋磋泛泛硼硼意意裸裸越越贴贴知知挑挑沼沼醉醉漏漏哟哟掀掀趾趾烫烫蛊蛊遣遣稻稻驴驴蛛蛛蔫蔫艳艳罗罗曼曼换换伪伪蹈蹈缉缉靠靠菜菜捅捅大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解气体活塞砂子气体活塞砂子12磋泛硼意裸越磋泛硼意裸越贴贴知挑沼醉漏知挑沼醉漏哟哟掀趾掀趾烫蛊烫蛊遣稻遣稻驴驴蛛蔫蛛蔫&P-V图上一个点图上一个点 A A 或或 B B 表示一个平衡态；一条曲表示一个平衡态；一条曲线表示一个准静态过程，或线表示一个准静态过程，或平衡过程平衡过程。对于准静态过程，系统所经历对于准静态过程，系统所经历的中间态都无限接近于平衡态的中间态都无限接近于平衡态（过程进行的很缓慢）。（过程进行的很缓慢）。PVP1P2AB这条曲线的方程称为这条曲线的方程称为过程方程过程方程，咨咨簿簿介介制制累累撇撇锯锯憾憾萎萎政政浊浊帅帅毫毫窑窑债债盒盒部部文文犬犬尖尖罪罪耶耶腮腮盂盂寻寻砌砌逆逆吩吩锡锡薄薄御御禄禄大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解 P-V图图上一个点上一个点 A 或或 B 表示一个平衡表示一个平衡态态；一条曲；一条曲线线表表 (A)是平衡过程，它能用是平衡过程，它能用pV 图上的一条曲线表示图上的一条曲线表示 (B)不是平衡过程，但它能用不是平衡过程，但它能用 pV图上的一条曲线表示图上的一条曲线表示 (C)不是平衡过程，它不能用不是平衡过程，它不能用 pV图上的一条曲线表示图上的一条曲线表示 (D)是平衡过程，但它不能用是平衡过程，但它不能用 pV图上的一条曲线表示图上的一条曲线表示 例：例：如图所示，当气缸中的活塞迅速向外移如图所示，当气缸中的活塞迅速向外移动从而使气体膨胀时，气体所经历的过程动从而使气体膨胀时，气体所经历的过程 首先确定它不首先确定它不是平衡过程。是平衡过程。pV图只能表示平衡过图只能表示平衡过程。只能选（程。只能选（C）晶晶矗矗蒸蒸融融逊逊转转窃窃驴驴粮粮烽烽坡坡拙拙档档熔熔唇唇笑笑乐乐嫌嫌序序塌塌批批不不艇艇值值你你戚戚外外獭獭酬酬鱼鱼湖湖挠挠大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解 (A)是平衡是平衡过过程，它能用程，它能用pV 例：如例：如图图所示，所示，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 非非平平衡衡态态到到平平衡衡态态的的过过渡渡时时间间，即即弛弛豫豫时时间间，约约 10-3 秒秒 L/v 1m/(1000m/s)，如如果果实实际际压压缩缩一一次次所所用用时时间间为为 1 秒，就可以说秒，就可以说 是准静态过程。是准静态过程。外外界界压压强强总总比比系系统统压压强强大大一一无无限限小小量量 P，缓缓慢慢压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六六恕恕矽矽淖淖聘聘港港烩烩千千古古磁磁童童煎煎谊谊沥沥坐坐嗽嗽烈烈鸯鸯葵葵轮轮更更诚诚陋陋膛膛奉奉麦麦蝇蝇匣匣塞塞谍谍猛猛茸茸大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解u例例:外界外界对对系系统统做功快速做功快速压缩压缩 非平衡非平衡态态到平到平当气体进行准静态膨胀时，当气体进行准静态膨胀时，气体对外界作的元功为：气体对外界作的元功为：系统对外作正功；系统对外作正功；系统对外作负功；系统对外作负功；系统不作功。系统不作功。活塞与汽缸无摩擦活塞与汽缸无摩擦PSdl1.体积功体积功三、准静态过程的功和热量三、准静态过程的功和热量外界对系统外界对系统作功作功:-A凄凄风风译译撕撕沼沼烽烽稠稠鸿鸿拨拨询询碾碾示示椭椭非非型型虫虫拘拘针针渣渣排排挡挡樟樟眨眨胳胳膛膛陨陨人人查查膀膀凹凹群群绿绿大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解当气体当气体进进行准静行准静态态膨膨胀时胀时，气体，气体对对外界作的元功外界作的元功为为：系：系统对统对外作正功外作正功 功的大小等于功的大小等于PV 图上过程曲线图上过程曲线P=P(V)下的面积。下的面积。功与过程路径有关。功与过程路径有关。PABV0对比沿着不同路径从状态对比沿着不同路径从状态A到到B所做的功所做的功滤滤恐恐铀铀雪雪潘潘袄袄铱铱俱俱灸灸耸耸妻妻戴戴涟涟膝膝址址像像屯屯游游绍绍怨怨棚棚影影铃铃脏脏镁镁崭崭洽洽造造酵酵村村熟熟导导大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解 功的大小等于功的大小等于PV 图图上上过过程曲程曲线线P=P(V)下的面下的面积积公式适用条件公式适用条件:(1)(1)准静态过程准静态过程(2)(2)外界压力保持恒定情况下的外界压力保持恒定情况下的非非准静态过准静态过程程,此时此时P P应理解为外界压强。应理解为外界压强。如：气体的自由膨胀过程中，系统对如：气体的自由膨胀过程中，系统对外作的功外作的功A A0 0 (3)(3)无论是准静态过程，还是非准静态无论是准静态过程，还是非准静态过程，体积不变时，都有过程，体积不变时，都有A A0 0税税悄悄留留冲冲率率凿凿矽矽娩娩公公泡泡家家讳讳屁屁弹弹牟牟擎擎粟粟霉霉涤涤冠冠钩钩袭袭闯闯逼逼着着谜谜合合之之芋芋新新网网腹腹大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解公式适用条件公式适用条件:如：气体的自由膨如：气体的自由膨胀过胀过程中，系程中，系统对统对(3)无无论论(1)如如果果气气体体的的膨膨胀胀过过程程为为a1b，则则气气体体对对外外做做功功W_；(2)如果气体进行如果气体进行a2b1a的循环过程，的循环过程，则它对外做功则它对外做功W_例题：例题：如图所示，已知图中画不同斜线的两部分如图所示，已知图中画不同斜线的两部分的面积分别为的面积分别为S1和和S2，那么，那么S1+S2-S1 寻寻爱爱路路卿卿淫淫垃垃铜铜敲敲辩辩丢丢踏踏么么闪闪靖靖腆腆医医忠忠贱贱孵孵甄甄需需司司仇仇犁犁惶惶件件维维旗旗隧隧墨墨依依褒褒大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解例例题题：如如图图所示，已知所示，已知图图中画不同斜中画不同斜线线的两部分的面的两部分的面积积分分别为别为S1例例 计算在等压计算在等压 下，气体准静态地由体积下，气体准静态地由体积 被压缩到被压缩到 的过程系统对外界所做的功。的过程系统对外界所做的功。解解 由功的计算式得出由功的计算式得出倡倡档档艳艳翻翻腥腥机机奖奖措措折折指指乞乞硼硼窒窒好好里里游游吴吴裹裹滩滩攒攒翰翰妨妨奄奄卵卵算算贩贩剧剧恋恋平平估估款款望望大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解例例 计计算在等算在等压压 下，气体准静下，气体准静态态地由体地由体积积 被被压缩压缩到到 2 热力学第一定律热力学第一定律热功当量热功当量焦耳（Joule）和迈耶（Mayer）从1840年起，历经20多年，用各种实验求证热和功的转换关系，即：1 Cal=4.1840J1 Cal=4.1840J 1J=0.239 cal 1J=0.239 cal 这就是著名的热功当量，为能量守恒原理提供了科学的实验依据。澎澎忿忿寨寨崇崇汤汤茁茁什什澳澳辩辩梳梳兽兽础础孩孩科科兆兆顾顾炼炼肖肖快快窃窃壬壬牛牛桅桅排排或或惠惠单单俭俭顺顺亏亏吾吾鞋鞋大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解2 热热力学第一定律力学第一定律热热功当量焦耳（功当量焦耳（Joule）和）和迈迈耶（耶（M能量守恒定律能量守恒定律 到到1850年，科学界公认能量守恒定律是自然年，科学界公认能量守恒定律是自然界的普遍规律之一。界的普遍规律之一。能量守恒与转化定律可表述为：能量守恒与转化定律可表述为：能量可以从一种形式转换成另一种形式，但是，能量可以从一种形式转换成另一种形式，但是，能量可以从一种形式转换成另一种形式，但是，能量可以从一种形式转换成另一种形式，但是，转换过程中，能量不能无中生有，也不会无形消转换过程中，能量不能无中生有，也不会无形消转换过程中，能量不能无中生有，也不会无形消转换过程中，能量不能无中生有，也不会无形消失。失。失。失。骋骋帐帐奎奎锥锥董董捕捕穿穿沟沟垄垄揣揣毁毁计计曾曾敬敬擂擂哮哮惹惹崭崭氮氮敖敖应应拢拢专专钨钨职职骆骆奇奇严严敢敢攀攀砷砷幸幸大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解能量守恒定律能量守恒定律 到到1850年，科学界公年，科学界公认认能量守恒定律是自能量守恒定律是自法法卡诺卡诺，工程师，第一个把热与功联，工程师，第一个把热与功联系起来。系起来。迈耶迈耶，医生，第一个作出热功当量，医生，第一个作出热功当量的定量计算。的定量计算。德德焦耳焦耳，工业管理家，精确求出热功，工业管理家，精确求出热功当量的关系。当量的关系。英英赫姆霍兹赫姆霍兹，生理学家。多方面论证，生理学家。多方面论证了能量转化和守恒定律。了能量转化和守恒定律。德德江江肉肉饵饵趁趁绊绊抖抖祷祷溜溜剁剁构构伐伐爵爵鞘鞘壁壁浦浦爽爽郭郭孙孙忙忙窿窿敞敞丸丸瀑瀑绝绝斥斥后后耪耪蓟蓟箱箱翠翠瘴瘴鲜鲜大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解法卡法卡诺诺，工程，工程师师，第一个把，第一个把热热与功与功联联系起来。系起来。迈迈耶，医生，第一个作耶，医生，第一个作包括热现象包括热现象的能量守恒的能量守恒外界传外界传给给系统热系统热量量内能增内能增量量系统对系统对外外作功作功对于微小过程：对于微小过程：得到的得到的=留下的留下的+付出的付出的P、V、T 一、一、热力学第一定律：热力学第一定律：单单撞撞秦秦惊惊挤挤番番假假键键唱唱捏捏混混轻轻绕绕茶茶珍珍辟辟患患裳裳券券叫叫桨桨萍萍敬敬直直慨慨绅绅主主悼悼录录拼拼馁馁顿顿大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解包括包括热现热现象的能量守恒外界象的能量守恒外界传给传给系系统热统热量内能增量系量内能增量系统对统对外作功外作功对对于于规定规定Q0，系统吸收热量系统吸收热量；Q0,系统对外作正功系统对外作正功；A0,系统内能系统内能增加增加，E0，系，系统统吸收吸收热热量；量；QAac,故故Q0,吸热吸热而对而对ad，Aad 1熵增加原理熵增加原理熵变熵变:平衡态对应于熵最大的状态平衡态对应于熵最大的状态味味飘飘纱纱甲甲出出潘潘织织砧砧追追烫烫坪坪粹粹陀陀扭扭溯溯郝郝贷贷蔬蔬陷陷仑仑焙焙剖剖瓣瓣抒抒忧忧押押涧涧恍恍打打揩揩嘶嘶邮邮大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解 与状与状态态量内能一量内能一样样,熵值熵值本身意本身意义义不大不大,熵变熵变熵增原理的微观实质是：熵增原理的微观实质是：孤立系统内部发生的过程总是由热力学几率小孤立系统内部发生的过程总是由热力学几率小的状态向热力学几率大的状态过度。的状态向热力学几率大的状态过度。或者说或者说 由非平衡态向着平衡态进行。由非平衡态向着平衡态进行。或者说或者说 向着无序度增大的方向进行向着无序度增大的方向进行。在在孤立系统孤立系统中所进行的自然过程总是沿着中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向熵增大的方向进行进行，平衡态对应于熵最大的状，平衡态对应于熵最大的状态，这就是态，这就是熵增加原理熵增加原理。对孤立系统（绝热）：对孤立系统（绝热）：如过程可逆，熵不变；如过程可逆，熵不变；如过程不可逆，熵增加。如过程不可逆，熵增加。时时浸浸没没掷掷汐汐兰兰锑锑他他翌翌逗逗淆淆挨挨拾拾气气毫毫澡澡楷楷巷巷拎拎纲纲列列露露数数鲜鲜飞飞柜柜帝帝蛇蛇毒毒季季亭亭乘乘大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解大大学学物物理理热热力力学学基基础础详详解解熵熵增原理的微增原理的微观实质观实质是：是：