第五章 热力学基础 总结

⼤学物理上册（第五版）重点总结归纳及试题详解第五章热⼒学基础第五章热⼒学基础⼀、基本要求1．掌握功、热量、内能的概念，理解准静态过程。

2．掌握热⼒学第⼀定律，能分析、计算理想⽓体等值过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量。

3．掌握循环过程和卡诺循环等简单循环效率的计算。

4．了解可逆过程和不可逆过程。

5．理解热⼒学第⼆定律及其统计意义，了解熵的玻⽿兹曼表达式及其微观意义。

⼆、基本内容1. 准静态过程过程进⾏中的每⼀时刻，系统的状态都⽆限接近于平衡态。

准静态过程可以⽤状态图上的曲线表⽰。

2. 体积功pdV dA = ?=21V V pdV A功是过程量。

3. 热量系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同⽽交换的热运动能量。

热量也是过程量。

4. 理想⽓体的内能2iE RT ν=式中ν为⽓体物质的量，R 为摩尔⽓体常量。

内能是状态量，与热⼒学过程⽆关。

5. 热容定体摩尔热容 R i dT dQ C V m V 2)(,== 定压摩尔热容 R i dT dQ C p mp 22)(,+== 迈耶公式 R C C m V m p +=,, ⽐热容⽐ ,,2p m V mC i C iγ+==6．热⼒学第⼀定律A E Q +?=dA dE dQ +=（微分形式）7．理想⽓体热⼒学过程主要公式（1）等体过程体积不变的过程，其特征是体积V =常量。

过程⽅程： =-1PT 常量系统对外做功： 0V A =系统吸收的热量：()(),21212V V m iQ vC T T v R T T =-=-系统内能的增量：()212V iE Q v R T T ?==-（2）等压过程压强不变的过程，其特征是压强P =常量。

过程⽅程： =-1VT 常量系统对外做功：()()212121V P V A PdV P V V vR T T ==-=-?系统吸收的热量： (),2112P P m i Q vC T v R T T ??=?=+-系统内能的增量： ()212iE v R T T ?=-（3）等温过程温度不变的过程，其特征是温度T =常量。

高一物理第五章知识点第一部分：热学基本概念热学是物理学的一个重要分支，研究热与能量转化的规律。

本章主要介绍了热学的基本概念及相关定律和公式。

1. 温度和热量温度是物体冷热程度的度量，用摄氏度、华氏度或开尔文度来表示。

热量是物体之间传递的能量，单位是焦耳（J）。

热机是利用热量做功的装置，其中最重要的是活塞式热机。

2. 热平衡和热传递当物体之间没有温度差时，称它们处于热平衡状态。

热平衡是热传递的前提条件。

热传递有三种方式：传导、对流和辐射。

传导是指物体内部的热量传递，对流是指流体内部的热量传递，辐射是指通过电磁波的热量传递。

3. 理想气体状态方程理想气体状态方程描述了理想气体的状态，即PV＝nRT，其中P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。

第二部分：热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热现象中的表现，是热力学基本定律之一。

1. 内能和焓的概念内能是指物体内部的微观能量总和，焓是指物体在一定条件下的可观测能量。

内能和焓是相互联系的，可通过热力学第一定律进行转化。

2. 热力学第一定律的表达式热力学第一定律描述了系统内能的变化与热量和功的关系：ΔU = Q - W，其中ΔU表示内能变化，Q表示热量，W表示做功。

3. 等容、等压、等温过程等容过程是指在体积恒定的条件下进行的过程，等压过程是指在压强恒定的条件下进行的过程，等温过程是指在温度恒定的条件下进行的过程。

第三部分：热力学第二定律热力学第二定律是研究能量转化方向的定律，包括熵增原理和卡诺定理。

1. 熵增原理熵是表示系统无序程度的物理量，熵增原理指出在孤立系统中，熵的总增加量不小于零。

熵增原理是热现象不可逆性的本质。

2. 卡诺定理卡诺定理是热力学第二定律的重要表达形式，它规定了热机效率的上限。

卡诺定理表明，任何工作在相同温度之间的热机，其效率都不会高于卡诺热机的效率。

3. 热力学温标和热力学函数热力学温标是以热机效率为基础建立的温标，绝对零度对应于热力学温标的零点。

第五章 热力学基础一、基本要求1．掌握理想气体的物态方程。

2．掌握内能、功和热量的概念。

3．理解准静态过程。

4．掌握热力学第一定律的内容，会利用热力学第一定律对理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能增量进行计算。

5．理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系。

掌握卡诺循环系统效率的计算，会计算其它简单循环系统的效率。

6．了解热力学第二定律和熵增加原理。

二、本章要点 1．物态方程理想气体在平衡状态下其压强、体积和温度三个参量之间的关系为RT MmPV =式中是m 气体的质量，M 是气体摩尔质量。

2．准静态过程准静态过程是一个理想化的过程，准静态过程中系统经历的任意中间状态都是平衡状态，也就是说状态对应确定的压强、体积、和温度。

可用一条V P -曲线来表示3．内能是系统的单值函数，一般气体的内能是气体温度和体积的函数),(V T E E =，而理想气体的内能仅是温度的函数)(T E E =。

4．功、热量做功和传递热量都能改变内能，内能是状态参量，而做功和传递热量都与过程有关。

气体做功可表示为⎰=21V V PdV W气体在温度变化时吸收的热量为T C MmQ ∆=5．热力学第一定律在系统状态发生变化时，内能、功和热量三者的关系为W E Q +∆=应用此公式时应注意各量正负号的规定：0>Q ，表示系统吸收热量，0<Q 表示放出热量；0>∆E 表示内能增加，0<∆E 表示内能减少；0>W 系统对外界做功，0<W 外界对系统做功。

6．摩尔热容摩尔热容是mol 1物质在状态变化过程中温度升高K 1所吸收的热量。

对理想气体来说dT dQ C V m V =, dTdQ C Pm P =, 上式中m V C ,、m P C ,分别是理想气体的定压摩尔热容和定体摩尔热容，两者之差为R C C m V m P =-,,摩尔热容比：m V m P C C ,,/=γ。

第5章 热力学基础5-1 （1）V P -图上用一条曲线表示的过程是否一定是准静态过程（2）理想气体向真空自由膨胀后，状态由),(11V P 变至),(22V P ，这一过程能否在V P -图上用一条曲线表示，（3）是否有r r V P V P 2121=成立答：（1）是； （2）不能；（3）成立，但中间过程的状态不满足该关系式。

5-2（1）有可能对物体加热而不升高物体的温度吗 （2）有可能不作任何热交换，而使系统的温度发生变化吗答：（1）可能，如等温膨胀过程；（2）可能，如绝热压缩过程，与外界没有热交换但温度升高。

5-3 （1）气体的内能与哪些因数有关（2）为什么说理想气体的内能是温度的单值函数 答：（1）气体的内能与温度、体积及气体量有关；（2）理想气体分子间没有相互作用，也就没有势能，所以内能与分子间距离无关，也就与体积无关，因而理想气体的内能是温度的单值函数。

5-4 如图所示，系统沿过程曲线abc 从a 态变化到c 态共吸收热量500J ，同时对外做功400J ，后沿过程曲线cda 回到a 态，并向外放热300J 。

系统沿过程曲线cda 从c 态变化到a 态时内能的变化及对外做的功。

解：据热力学第一定律计算a →b →c ：5001=Q ΘJ ，4001=A J ，1001=∆∴E J c →d →a ：3002-=Q ΘJ ，1002-=∆E J ，2001-=A ΘJ 系统沿过程曲线cda 从c 态变化到a 态时 内能的变化：1002-=∆E J ； 对外做的功：2001-=A J5-5 内能和热量的概念有何不同，下面两种说法是否正确（1）物体的温度愈高，→则热量愈多；（2）物体的温度愈高，则内能愈大。

答：内能是状态量，热量是过程量。

（1）物体的温度愈高，→则热量愈多。

错。

（2）物体的温度愈高，则内能愈大。

对。

习题5-4图5-6 1 mol 氧气由状态1变化到状态2，所经历的过程如图，一次沿21→→m 路径，另一次沿21→直线路径。

热力学基础知识点总结热力学是研究能量转化和传递的物理学分支，它研究了热量、温度和能量之间的关系。

在热力学中，有一些基础知识点是我们必须要了解的。

本文将对热力学的一些基础知识点进行总结和介绍。

一、热力学系统和热力学过程热力学系统是指我们要研究的对象，可以是一个物体、一组物体或者一个系统。

热力学过程是系统从一个状态到另一个状态的变化过程，可以是恒温过程、绝热过程等。

在热力学中，我们通常通过观察系统的性质变化来研究热力学过程。

二、热力学函数热力学函数是描述热力学系统性质的函数，常见的热力学函数有内能、焓、自由能和吉布斯自由能等。

内能是系统热力学性质的基本函数，它是系统的微观状态和能量之间的函数关系。

焓是在恒压条件下的热力学函数，它对应于系统对外做功的能力。

自由能是系统的可用能量，它对应于系统在恒温恒容条件下对外做功的能力。

吉布斯自由能是系统在恒温恒压条件下的可用能量，它对应于系统在外界条件不变的情况下能够发生的最大非体积功。

三、热力学定律热力学定律是热力学研究的基本规律，包括零th定律、第一定律、第二定律和第三定律。

零th定律指出当两个物体与第三个物体处于热平衡时，它们之间也处于热平衡。

第一定律是能量守恒定律，它指出能量可以转化形式，但不能被创造或破坏。

第二定律是热力学不可逆性定律，它指出任何一个孤立系统的熵都不会减少，即系统总是趋于混乱。

第三定律是关于绝对零度的定律，它指出在0K时，系统的熵为零。

四、热力学平衡和热力学态热力学平衡是指系统内各部分之间不存在宏观差异，不再发生宏观的变化。

热力学态是指系统所处的状态，它可以通过温度、压力等宏观性质来描述。

在热力学中，我们通常通过热力学函数的变化来研究系统的平衡和态的变化。

五、热力学的应用热力学是一门广泛应用于工程和科学领域的学科，它在能源转换、化学反应、材料科学等方面有着重要的应用。

热力学的应用可以帮助我们理解和优化能量转化和传递的过程，提高能源利用效率。

热力学基础知识点总结热力学是研究热现象中能量转化规律的科学，它为我们理解和分析许多自然现象和工程过程提供了重要的理论基础。

以下是对热力学基础知识点的总结。

一、热力学系统与状态热力学系统是我们研究的对象，可以是一个封闭的容器中的气体，也可以是整个地球的大气。

根据系统与外界的物质和能量交换情况，可分为孤立系统、封闭系统和开放系统。

系统的状态由一些宏观物理量来描述，比如压强、温度、体积等，这些被称为状态参量。

状态参量的数值确定，系统的状态就确定了。

二、热力学第一定律热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热力学中的表现形式。

它指出，一个热力学系统从外界吸收的热量，等于系统内能的增加与系统对外做功之和。

数学表达式为：＄Q ＝＼Delta U ＋ W$ ，其中＄Q$ 表示系统从外界吸收的热量，＄＼Delta U$ 表示系统内能的增量，＄W$ 表示系统对外界所做的功。

如果系统从外界吸热，＄Q$ 为正值；系统向外界放热，＄Q$ 为负值。

系统对外做功，＄W$ 为正值；外界对系统做功，＄W$ 为负值。

例如，在一个热机的工作循环中，燃料燃烧产生的热量一部分转化为机械能对外做功，另一部分用来增加系统的内能。

三、热力学第二定律热力学第二定律有多种表述方式，常见的有克劳修斯表述和开尔文表述。

克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传向高温物体。

开尔文表述：不可能从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。

热力学第二定律揭示了热现象的方向性，也就是说，在自然条件下，热传递和热功转换过程都是不可逆的。

比如，冰箱能够将内部的热量传递到外部，但这需要消耗电能，并且这个过程不是自发进行的。

四、热力学温标热力学温标是一种与测温物质的性质无关的温标，单位是开尔文（K）。

热力学温度与摄氏温度的关系为：＄T ＝ t ＋ 27315$ ，其中＄T$ 是热力学温度，＄t$ 是摄氏温度。

绝对零度（0 K）是理论上能达到的最低温度，但实际上无法达到。