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第九章
热力学基础
常见的一些现象:
1. 一壶水开了,水变成了水蒸气。
2. 温度降到0℃以下,液态的水变成了固体的冰块。
3. 气体被压缩,压强增强。
4. 物体被加热,物体的温度升高。
热现象
§9-1 热力学的基本概念
9-1-1 热力学系统
在热力学中把要研究的宏观物体(气体、液体、固体)称为热力学系统简称系统。
外界:系统以外与系统有着相互作用的环境
孤立系统:与外界不发生任何能量和物质交换的热力学系统。
封闭系统: 与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。
物态参量:描述热力学系统物态的物理量。
描述气体的物态参量:压强、体积和温度
垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。
压强(p):
国际单位制单位:
帕斯卡(1 Pa =1 N/m2)
1标准大气压= ×105(Pa)
体积(V ):
气体分子自由活动的空间。
国际单位制单位:
米3(m3 )
温度(T):
温度是表征在热平衡物态下系统宏观性质的物理量。
两热力学系统相互接触,而与外界没有热量交换,当经过了足够长的时间后,它们的冷热程度不再发生变化,则我们称两系统达到了热平衡。
热力学第零定律: 如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,则这两个系统彼此也处于热平衡。
A
B
C
A
B
C
温度的宏观定义:
表征系统热平衡时宏观性质的物理量。
温标——温度的数值表示法。
摄氏温标:
t ℃
热力学温标: T K
水的冰点—— 0 ℃
水的沸点—— 100℃
冰点和沸点之差的百分之一规定为1 ℃。
绝对零度: T = 0 K
t = - ℃
水三相点(气态、液态、固态的共存状态) K
大爆炸后的宇宙温度
1039 K
实验室能够达到的最高温度
108 K
太阳中心的温度
×107 K
太阳表面的温度
6000 K
地球中心的温度
4000 K
水的三相点温度
K
微波背景辐射温度
K
实验室能够达到的最低温度(激光制冷)
×10-11 K
9-1-2 平衡态准静态过程
平衡态:一个孤立系统,其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变(即其物态参量不再随时间改变)的物态。
注意:如果系统与外界有能量交换,即使系统的宏观性质不随时间变化,也不能断定系统是否处于平衡态。
热力学过程:热力学系统的物态随时间发生变化的过程。
p
准静态过程:
状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。
准静态过程的过程曲线可以用p -V 图来描述,图上的每一点都表示系统的一个平衡态。
( pB,VB,TB )
( pA,VA,TA )
p
V
O
( pC,VC,TC )