文档介绍：工程物理
朱萍
浙江大学物理系
2006年4月24日
第十二章热力学基础
热力学是由物质的宏观特性出发,根据实验总结热现象
有关的宏观规律,用逻辑推理的方法研究热现象。
热力学过程:系统处于平衡态时,可以用状态参量来描述
。当系统与外界交换能量时,系统的状态要发生变化,从
一个平衡态变为另一平衡态,系统状态随时间的变化的过
程,称为热力学过程。
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§ 热力学第二定律
弛豫时间:平衡态破坏后
,达到新的平衡态,所需
的时间。
驰豫时间<< 过程经历的时间:
中间态可看作平衡态
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§ 热力学第二定律
一、准静态过程
如果过程进行得无限缓慢,在任何时刻系统都无限接
近于平衡态,则过程可以看作是由一连串依次相接的平衡
态所组成,可以用平衡态下系统的性质来研究,这种过程
称为准静态过程。
状态图:状态参量为坐标的图。
状态图中的一个点表示一个平衡态,准静态过程能用状态
图中的一条曲线表示。
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§ 热力学第二定律
二、准静态过程中气体所作的功
系统由一个状态转变为另一状态时,可以通过自身体积
的变化来对外作功,从而实现能量的交换。
设在气缸内盛有一定量的气体,活塞的面积是S,气体的压
强为p,活塞受到的作用力为F=pS。当气体膨胀,活塞无摩
擦地移动距离dl时,这一过程中气体所作的元功为
dW = Fdl = pSdl = pdV p S
dV=Sdl是气体增加的体积
dl
若气体从体积为V1膨胀到V2,则对外界所作的总功为
V
dWW == 2 pdV
∫∫V1
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§ 热力学第二定律
在p-V图中,曲线下窄条部分的 p
面积就是dW=pdV 。
A D
由状态A出发,经B至状态C,气
B
体的体积由V1膨胀到V2,气体对 p
外界所作的总功也就是曲线ABC C
下的面积。
V
2 o V V
= pdVW V1 dV 2
∫V1
若系统由状态A出发,经D至状态C(图中虚线表示的过
程),则虚线ADC下的面积显然和ABC下的面积不同,这
说明功与过程有关而不是系统的状态函数,称为过程量。
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§ 热力学第一定律
三、热量
传递热量:改变系统状态与能量的另一种主要方式。由两
物体接触处的分子频繁的碰撞实现的。
热量也是过程量
改变热力学系统状态与能量的两种方式
作功等效传递热量
宏观相对位移微观分子作用
宏观方式本质的区别微观方式
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§ 热力学第二定律
四、热力学能
系统内部所有分子或原子热运动的动能和相互作用的势
能的总和,即为系统的热力学能,不包括系统宏观运动的机
械能。系统热力学能的改变量只由始末状态决定,而与热力
学过程无关,因此,热力学能是状态的单值函数。
理想气体的热力学能只是温度的函数
iM
E = RT
μ 2
热力学能的增量 iM
E Δ=Δ TR
μ 2
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§ 热力学第二定律
五、热力学第一定律
热力学第一定律:包含热现象在内的能量转换和守恒定律。
设系统由某确定态,经历一个热力学过程到达另一确定
态,内能由E1变化为E2,热力学能的改变量为ΔE=E2 −
E1。由于在实际过程中,作功和传递热量是同时存在的,
因此假定外界向系统传递热量为Q,系统对外界作功为
W,根据能量守恒定律,得
= − 12 +WEEQ 功和热量是过程量,
热力学能是状态量。
微分式= + dWdEdQ
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§ 热力学第二定律
第一定律的物理意义:传递给系统的热量等于系统内能
的增量与对外作功之和。能量守恒定律。第一定律也称
为“第一类永动机不可能定律”。
符号规则:应用热力学第一定律时,必须注意符号规则。
式中各量可以是正的,也可以是负的。
系统从外界吸收热量时,Q为正,反之为负;
系统热力学能增加时,ΔE为正,反之为负;
系统对外界作功时,W为正,反之为负。
单位:各量的单位必须统一,SI制中,都用J做单位。
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