物理系 史彭大学物理 热力学基础.ppt

第11章 热力学基础
风力发电
为了环境不受污染，也为解决一次性能源大量消耗终将导致枯竭的危险，人们在不断的寻求新能源。目前全球风力发电装机容量已超过13932 MW
热力学
热力学系统
热功转换关系
热功转换条件
热力学系统分类
热力学状态
热力学过程
热力学第一定律
四个准静态过程
应用
循环过程
热力学第二定律
两种表述
可逆过程与不可逆过程
热力学的研究对象和研究方法

热现象
热 学
物体与温度有关的物理性质及状态的变化
研究热现象的理论
热力学
从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观规律
宏观量
二. 热学的研究方法
微观量
描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、热容量、密度、熵等。
描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。
微观粒子
观察和实验
出 发 点
热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质
二者关系
无法自我验证
不深刻
缺 点
揭露本质
普遍，可靠
优 点
统计平均方法
力学规律
总结归纳
逻辑推理
方 法
微观量
宏观量
物 理 量
热现象
热现象
研究对象
微观理论
（统计物理学）
宏观理论
（热力学）
平衡态与准静态过程
理想气体状态方程
一. 系统和外界
热力学系统
热力学所研究的具体对象，简称系统。
外界
系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。
系统以外的物体
系统与外界可以有相互作用
例如：热传递、质量交换等
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系统的分类
（1）孤立系统：与外界既无物质交换，也无能量交换的系统。如，理想的暖水瓶内部。
（2）封闭系统：与外界无物质交换，但有能量交换的系统。如，氧气瓶内部。
（3）开放系统：与外界既有物质交换，又有能量交换的系统。如，开盖的容器内部。
开放系统
封闭系统
孤立系统

温度(T)
体积(V)
压强(p)
气体分子可能到达的整个空间的体积
大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的宏观效果
大量分子热运动的剧烈程度
温标：温度的数值表示方法
K

在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。
三. 平衡态
说明
(1) 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如：
两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；
处于重力场中气体系统的粒子数密度随高 度变化，但它是平衡态。
低温T2
高温T1
(2) 平衡是热动平衡
(3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示
(4) 平衡态是一种理想状态

系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。
热力学过程
1
2
2
1
准静态过程
在过程进行的每一时刻，系统都无限地
接***衡态。
非准静态过程
系统经历一系列非平衡态的过程
实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间，均可看作准静态过程。如：实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程
S
说明
(1) 准静态过程是一个理想过程；
(3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示, 如图.
(2) 除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；
O
V
p