大学物理热力学基础习题

1、第十八章 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,一.热学的研究对象,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。,18.1 热力学的研究对象和研究方法,微观粒子,观察和实。

2、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,第四部分 热学,1什么是热学,宏观物体是由大量的微观粒子分子、原子等组成的微观粒子的无规则的运动，称为热运动热学是研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响，以及与其他运动形态之间的转化的物理学分支,2热学的分类,按照研究方法的不同，热学分为热 力 学宏观理论统计物理学微观理论,热力学基础,热力学是研究热现象的宏观理论根据实验总结出来。

3、气体动理论,温度:,压强:,理想气体状态方程,对于质量为M,摩尔质量为Mmol,理想气体内能,或,热力学,一、热力学第一定律,二、理想气体的等值过程,低温热源T2,热机,高温热源T1,热机效率：,三、 循环过程 卡诺循环,卡诺热机效率,卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的温度有关，两热源的温差越大，则卡诺循环的效率越高 .,卡诺循环,。

4、第九章 热力学基础,基本要求：,（1）掌握气体系统的状态参量，理解平衡态、 准静态过程的概念,（2）熟练掌握理想气体状态方程。,（3）掌握内能、功、热量和摩尔热容的概念,（4）掌握热力学第一定律及其在等值过程中的应用,（5）掌握循环过程及卡诺循环、循环效率的计算,前言：,热力学研究对象：物质的热运动 （另一种运动形式）,热运动：（固体、液体、气体）大量微粒（原子，分子等）不停地无规则运动,研究方法（气体）：,1、能量观点出发，以实验方法研究热现象的宏观规律（热力学）,2、应用统计方法（大量无规律运动微粒的集体行为）研。

5、1,三、卡诺循环及其效率,卡诺循环,卡诺循环能流图,卡诺循环：两个等温过程和两个绝热过程构成的理想化循环。,1824 年法国的年青工程师卡诺提出一个工作在两热源之间的理想循环卡诺循环. 给出了热机效率的理论极限值; 他还提出了著名的卡诺定理.,2,1、4两点在同一绝热线上, 2、3两点在同一绝热线上,有,由绝热方程：,卡 诺 （法国人、 1796-1832）,3,12 等温膨胀过程，吸热Q1 = A= RT1 ln(V2/V1),于是,由,34 等温压缩过程，放热的大小为,得,Q2 = RT2 ln(V3/V4),再由：,4,再由,卡诺热机循环效率:,卡诺热机效率与工作物质无关，只与两个热源的。

6、,第四章 热力学,大学物理多媒体教学课件,Chapter 4 Thermodynamics,Chapter 4 热力学,热力学和分子动理论（气体动理论是其中的一部分）的研究对象都是宏观物体的热现象。,从物质的微观结构入手,本章重点讨论热力学第一、第二定律及其应用，并介绍热力学函数：熵等。,以宏观系统为对象,运用统计的方法,能量守恒和转换定律等,研究气体分子微观量的统计平均值与宏观量之间的关系,研究宏观物理量之间的关系,更深刻地揭示了热现象的规律及其微观本质。,来自实践的定律印证了理论的正确性。,分子动理论,热力学,Chapter 4 热力学,热力学的理论基。

7、开尔文,克劳修斯,热力学基础,第七章,卡诺,热力学从能量观点出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是宏观理论。,分子运动论从牛顿力学出发，采用统计方法说明压强、温度和内能的物理本质。是微观理论。,7-1 内能 功和热量 准静态过程,一、内能 功和热量,实际气体内能： 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和。,理想气体内能,是状态量,是状态参量T的单值函数。,是状态参量T、V的单值函数。,作功增加物体内能,传递热量也可增加物体内能,系统内能改变的两种方式,1、做功可以改变系统的状态 摩擦升温（机械功）、电加热（电功。

8、第8章热力学基础 8-1 内能 功和热量 准静态过程 8-2 热力学第一定律 8-3 气体的摩尔热容量 8-4 绝热过程 8-5 循环过程 卡诺循环 8-6 热力学第二定律 8-7 卡诺定理 克劳修斯熵 8-8 热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼熵,分类1. 准静态与非静态2. 等值过程3. 与外界的关系 1) 自发与非自发 2) 绝热过程4. 可逆与不可逆,一、理想气体的内能：,（状态量）,热力学过程 系统状态发生变化的过程,8-1 内能 功和热量 准静态过程,1)改变系统状态(E)的方式有两种,2)作功、传热是相同性质的物理量均是 过程量,焦耳实验 1. 从外界传热 2. 利用外界做功,。

9、功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化 .,准静态过程功的计算,注意：作功与过程有关 .,3.2 功,上式的值与 、 以及过程中系统的压强与体积的关系 有关。即功是一个过程量，与积分路径有关。,3.3 热 量 热力学第一定律,一、热量,1）过程量：与过程有关； 2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；,3）功与热量的物理本质不同 .,1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡,二、 内能,实验证明系统从 A 状态变化到 B 状态，可以采用做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变 .,系统内能的增量只与。

10、2019年2月20日星期三,大学物理 I 曹颖,1,第十五章 热力学基础,热力学是热运动的宏观理论，热力学三定律是热力学理论的基础。,2019年2月20日星期三,大学物理 I 曹颖,2,热力学第一定律-能量转换,地位：相当于力学中的牛顿定律,热力学第二定律-过程方向,热力学第三定律-低温性质,2019年2月20日星期三,大学物理 I 曹颖,3,15.1 内能 热量 功,一、内能,分子热运动的动能(平动、转动、振动)和分子间相互作用势能的总和。内能是状态的单值函数。,对于理想气体，忽略分子间的作用 ，则,平衡态下气体内能：,2019年2月20日星期三,大学物理 I 曹颖,4,。

11、1,1 如图，一定量的理想气体由平衡态A变到平衡态B，且它们的压强相等，则在状态A和状态B之间，气体无论经过的是什么过程，气体必然（ ）,(A)对外作正功 (B)内能增加 (C)从外界吸热 (D)向外界放热,2,2 一台工作于温度分别为327oC和27oC的高温热源和低温源之间的卡诺热机，每经历一个循环吸热2 000 J，则对外作功（ ）,(A) 2 000 J (B) 1 000 J (C) 4 000 J (D) 500 J,3,3 根据热力学第二定律（ ）,(A) 自然界中的一切自发过程都是不可逆的 (B) 不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程 (C) 热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物。

12、 大学物理热力学基础部分经典习题7-1 下列表述是否正确?为什么?并将错误更正（1） （2）AEQVpEQd（3） （4）1212不 可 逆解：(1)不正确， AE(2)不正确， VpQd(3)不正确， 12(4)不正确， 12Q不 可 逆7-2 图上封闭曲线所包围的面积表示什么?如果该面积越大，是否效率越高?Vp答：封闭曲线所包围的面积表示循环过程中所做的净功由于 ， 面积越大，1QA净净效率不一定高，因为 还与吸热 有关1Q7-3 如题 7-3 图所示，有三个循环过程，指出每一循环过程所作的功是正的、负的，还是零，说明理由解：各图中所表示的循环过程作功都为 因为各图中整个。

13、,第九章 热力学基础,热力学方法研究系统在状态变化过程中热 与功的转换关系（热力学第一定律）和条 件（热力学第二定律）,热力学从能量观点出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是宏观理论。,分子运动论从牛顿力学出发，采用统计方法说明压强、温度和内能的物理本质。是微观理论。,一、内能 E（焦耳J）,内能的增量 只取决于系统的始末状态， 而与过程无关。,理想气体内能：,内能是状态参量 T 的单值函数。,1 内能 功和热量 准静态过程,系统内能改变的两种方式: 做功 热传递,1、 功是能量传递与转化的量度。功是过程量而非。

14、大学物理 热力学基础, C ,选择题 1. 有两个相同的容器，容积不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（均可看成刚性分子）,它们的压强和温度都相等。现将5J 的热量传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是（A） 6 J （B） 5 J （C） 3 J （D） 2 J,2. 对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值： （A）等容降压过程 （B）等温膨胀过程 （C）绝热膨胀过程 （D）等压压缩过程 （ ）,D,3. 对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下。

15、第七章 热力学基础,教学基本要求,一 掌握内能、功和热量等概念 .,二 掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量 .,三 理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率 .,四 了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和熵增加原理 .,一 功,功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的变化 .,准静态过程功的计算,注意：作功与过程有关 .,宏观运动能量,热运动能量,7-1 热力学第一定律,（过程量）,二 热 量（过程量）,通过传热方式传递能。

16、0,第七章 热力学基础,退 出,7.1 热力学第一定律,7.6 热力学第二定律,7.5 循环过程,7.4 理想气体的绝热过程,7.2 热容量,7.3 热力学第一定律的应用,1,7.1 热力学第一定律 (The first law of thermodynamics),1 系统的内能是状态量。如同 P、V、T 等量。,内能的变化：,只与初、末态有关，与过程无关。,理想气体 ：,一、内能、功、热 (Internal energy, Work, Heat),上页,下页,退出,返回,2,3 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的状态（内能） 。,微小热量 ：, 0 表示系统从外界吸热； 0 表示系统向外界放热。。

17、第十五章,热力学基础,15.1热力学第一定律,（First law of thermodynamics),热力学是用能量的观点,从宏观上研究物质状态变化时,热量（Q）,功（A）及内能（E）变化规律的学科.,一、 准静态过程（quasi-static process）,系统与外界有能量交换时，其状态会发生变化。系统从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程。,过程进行的任一时刻系统的状态并非平衡态。,初平衡态,一系列非平衡态,末平衡态,热力学中，为能利用平衡态的性质，引入准静态过程的概念。,准静态过程：,系统的每一状态都无限接近于平衡态的过程。即准静态过程是由一。

18、开尔文,克劳修斯,热力学基础,卡诺,本章用热力学方法研究系统在状态变化过程 中热与功的转换关系（热力学第一定律） 和条件（热力学第二定律）,热力学从能量观点出发，分析、说明热力学系统热、功转换的关系和条件。是宏观理论。,分子运动论从牛顿力学出发，采用统计方法说明压强、温度和内能的物理本质。是微观理论。,一、内能 E（焦耳J）,内能的增量 只取决于系统的始末状态，而与过程无关。,理想气体内能：,内能是状态参量 T 的单值函数。,1 内能 体积功 热量 准静态过程,注意：一个内能可以对应多个状态,系统内能改变的两种方式: 做功 。

19、热力学基础习题,1.一定量的理想气体，经历某过程后，它的温度升高了则根据热力学定律可以断定： （1）该理想气体系统在此过程中吸了热 （2）在此过程中外界对该理想气体系统作 了正功 （3）该理想气体系统的内能增加了 （4）在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功 以上正确的断言是：, C ,(A) (1)、(3). (B) (2)、(3). (C) (3). (D) (3)、(4). (E) (4).,2.某理想气体分别进行了如图所示的两个卡诺循环：I（abcda）和 II（abcda），且两条循环曲线所围面积相等。设循环的效率为 ，每次循环在高温热源处吸的 热量为 Q，循环。