1、热学电子教案 PowerPoint版作者 安宇 分子运动论部分参照了陈信义编的Word版内容 清华大学物理系基础教研室 大学物理 第三章热力学第一定律 3 1准静态过程 3 2功 热 内能 3 3热力学第一定律 3 4热容量 3 5理想气体的绝热过程 3 6循环过程 3 7卡诺循环 3 8致冷机 3 1准静态过程Quasi staticprocess 过程中的每一状态都是平衡态 Equilibriumstate 系统状态的变化就是过程 不受外界影响时 系统的宏观性质不随时间改变 举例1 外界对系统做功 过程无限缓慢 非平衡态到平衡态的过渡时间 即弛豫时间 约10 3秒 如果实际压缩一次所用时间
2、为1秒 就可以说是准静态过程 外界压强总比系统压强大一小量 P 就可以缓慢压缩 举例2 系统 初始温度T1 从外界吸热 系统温度T1直接与热源T2接触 最终达到热平衡 不是准静态过程 因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态 故准静态过程可以用系统的状态图 如P V图 或P T图 V T图 中一条曲线表示 反之亦如此 3 2功 热 内能 Work Heat Internalenergy 做功可以改变系统的状态摩擦升温 机械功 电加热 电功 功是过程量 摩擦功 电功 通常 微量功 广义力 广义位移 准静态过程气体对外界做功 总功 系统和外界温度不同 就会传热 或称能量交换 热量传递可以改变系统
3、的状态 微小热量 0表示系统从外界吸热 0表示系统向外界放热 总热量 积分与过程有关 系统的内能是状态量如同P V T等量 理想气体 范德瓦尔斯气体 内能的变化 只与初 末态有关 与过程无关 热量是过程量 3 3热力学第一定律 Thefirstlawofthermodynamics 某一过程 系统从外界吸热Q 对外界做功W 系统内能从初始态E1变为E2 则由能量守恒 对无限小过程 打开阀门 水温一直不变问 1 气体吸热 2 气体温度 3 气体内能 4 气体做功 3 4热容量 Heatcapacity 摩尔热容量C 单位 J mol K比热容c 单位 J kg K 为过程量 定压热容量 定容热容
4、量 也可以是其它过程 理想气体准静态等容过程 定压过程 迈耶公式 比热容比 用 值和实验比较 常温下符合很好 多原子分子气体则较差 见教材p97表3 1 经典理论有缺陷 需量子理论 低温时 只有平动 i 3 常温时 转动被激发 i 3 2 5 高温时 振动也被激发 i 3 2 2 7 3 5理想气体的绝热过程 Adiabaticprocessoftheidealgas 理想气体准静态绝热过程 微分得 气体绝热自由膨胀 Q 0 W 0 E 0 3 6循环过程 Cyclicalprocess 一系统 或工作物质 简称工质 经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程 简称循环 一般从高温热库吸热Q1 对外做净功W 向低温热库放热Q2 只是表示数值 W Q1 Q2 0则为正循环 反之为逆循环 正循环过程对应热机 逆循环过程对应致冷机 热机效率 efficiency 致冷系数 Coefficientofperformance 循环为准静态过程 在状态图中对应闭合曲线 3 7卡诺循环 Carnotcycle 准静态循环 工质为理想气体 只和两个恒温热库交换热量 卡诺循环的热机效率 3 8致冷机 Refrigerator 若为卡诺致冷循环 则 致冷系数
