6、热力学基础.ppt

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1、第六章第六章 热力学基础热力学基础 6-1 6-1 6-1 6-1 热力学的基本概念热力学的基本概念热力学的基本概念热力学的基本概念 1一、系统与环境一、系统与环境热力学通常把研究对象叫做热力学通常把研究对象叫做热力学系统热力学系统，简称系统或工质。简称系统或工质。系统以外且与系统有相互作用的一切物质系统以外且与系统有相互作用的一切物质统称为环境或外界。统称为环境或外界。根据系统与外界的关系，可把系统分为：根据系统与外界的关系，可把系统分为：1 1、孤立系统（与外界既无能量交换也无物质交换）、孤立系统（与外界既无能量交换也无物质交换）2 2、封闭系统（与外界有能量交换，但无物质交换）、封闭系统

2、（与外界有能量交换，但无物质交换）3 3、开发系统（与外界既有能量交换也有物质交换）、开发系统（与外界既有能量交换也有物质交换）2二、准静态过程二、准静态过程 热力学过程热力学过程非准静态过程非准静态过程准静态过程准静态过程 一个过程，一个过程，如果任意时刻的中间态都无限如果任意时刻的中间态都无限接近于一个平衡态接近于一个平衡态，则此过程为，则此过程为准静态过程准静态过程。显然，这种过程只有在进行得显然，这种过程只有在进行得“无限缓慢无限缓慢”的条件下才可能实现。的条件下才可能实现。(2)准静态过程准静态过程3例例 右图活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态压缩右图活塞与汽缸无摩擦，当气体作准静态压

3、缩或膨胀时，外界的压强或膨胀时，外界的压强Pe必等于此时气体的压强必等于此时气体的压强P，否则系统在有限压力差作否则系统在有限压力差作用下，将失去平衡，称为用下，将失去平衡，称为非静态过程。非静态过程。若有摩擦力存在，虽然也若有摩擦力存在，虽然也可使过程进行得可使过程进行得“无限缓无限缓慢慢”，但，但PeP。无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外无摩擦准静态过程，其特点是没有摩擦力，外界在准静态过程中对系统的作用力，可以用系统本界在准静态过程中对系统的作用力，可以用系统本身的状态参量来表示。身的状态参量来表示。三、准静态过程的功、热量和内能三、准静态过程的功、热量和内能PS1.准静态过程中的

4、功准静态过程中的功4 为简化问题，只考虑为简化问题，只考虑无摩擦准静态过程的功无摩擦准静态过程的功。当活塞移动微小位移当活塞移动微小位移dx时，外力所作的元功为：时，外力所作的元功为：在该过程中系统对外界作功在该过程中系统对外界作功:系统体积由系统体积由V1变为变为V2，系统对外界作的总功为：系统对外界作的总功为：讨论讨论讨论讨论系统对外作正功；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。PS5功的图示：功的图示：比较比较 a,b下的面积可知，功的数值不仅与初态和下的面积可知，功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，末态有关，而且还依赖于所经历的

5、中间状态，功与过功与过程的路径有关程的路径有关，即即功是过程量功是过程量。等于等于PV 图上过程曲图上过程曲线下的面积。线下的面积。由积分意义可知，由积分意义可知，62.内能内能热力学系统的内能：热力学系统的内能：所有分子热运动的动能和分所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。子间势能的总和。热力学系统的内能是温度的单值函数热力学系统的内能是温度的单值函数。理想气体理想气体 ：内能的改变只决定于初、末内能的改变只决定于初、末状态而与所经历的过程无关。状态而与所经历的过程无关。内能是状态量。内能是状态量。7 热量是热量是过程量过程量,是系统与外界能量转换的量度。是系统与外界能量转换的量度。在这一

6、点上热量传递和作功是等效的。都是能量在这一点上热量传递和作功是等效的。都是能量传递的形式传递的形式,都是过程量都是过程量,而不是状态量。而不是状态量。做功可以改变系统的状态做功可以改变系统的状态,使系统内能改变使系统内能改变.摩擦升温（机械功）、电加热（电功）摩擦升温（机械功）、电加热（电功）作功是系统内能与外界其它形式能量转换的量度。作功是系统内能与外界其它形式能量转换的量度。当系统和外界温度不同时，就会发生热量传递，当系统和外界温度不同时，就会发生热量传递，热量传递可以改变系统的状态热量传递可以改变系统的状态,使系统内能改变使系统内能改变.3.热量热量 8 某一过程，系统从外界吸热某一过程

7、，系统从外界吸热Q Q，对外界做功对外界做功A A，系，系统内能从统内能从E E1 1 变为变为E E2 2，则由能量守恒：则由能量守恒：系统从外界吸收的热量，一部分使系统内能系统从外界吸收的热量，一部分使系统内能增加，另一部分用于对外作功。增加，另一部分用于对外作功。热力学第一定律热力学第一定律:四、热力学第一定律四、热力学第一定律对无限小过程：对无限小过程：9热力学第一定律表明热力学第一定律表明:一切热力学过程都必须服从能一切热力学过程都必须服从能量守恒定律。它适用于包括生命现象在内的一切热力量守恒定律。它适用于包括生命现象在内的一切热力学的体系和过程。学的体系和过程。第一类永动机是不可能

8、造成的第一类永动机是不可能造成的。如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，则如果系统对外作功是通过体积的变化来实现的，则规定规定系统内能系统内能增加增加,E 0 ；系统内能减少，系统内能减少，E 0;系统放出热量系统放出热量,Q 0 ；外界对系统作功外界对系统作功,A 0 ；系统内能减少，系统内能减少，E 0;系统放出热量系统放出热量,Q 0 ；外界对系统作功；外界对系统作功,A 0 ；852.第一定律的第一定律的应用应用 （1初态，初态，2末态）末态）86二、循环过程二、循环过程 (E=0,Q=A)87三、热力学第二定律三、热力学第二定律1 1.可逆过程和不可逆过程。可逆过程和不可逆过程。2.热力学第二定律的两种表述。（要记住）热力学第二定律的两种表述。（要记住）四、卡诺定理四、卡诺定理五、五、熵（态函数）熵（态函数）1.定义定义:2.理想气体等值过程的熵变理想气体等值过程的熵变88六、六、熵增加原理：熵增加原理：孤立系统：孤立系统：对对对对可逆可逆可逆可逆过程过程过程过程,系统的系统的系统的系统的熵熵熵熵不变不变不变不变；对对对对不可逆不可逆不可逆不可逆过程，过程，过程，过程，系统的熵系统的熵系统的熵系统的熵增加增加增加增加。89