热力学基础概念

第15讲：热力学基础——基本概念 热力学第一定律及其运用

内容：§6－1，§6－2，§6－3，§6－4

1．热力学绪论 （10分钟）

2．物态参量和平衡过程、理想气体的物态方程 （20分钟）

3．热力学过程

4．内能、功和热量 （20分钟）

5．热力学第一定律 （20分钟）

6．热力学第一定律在等体和等压过程中的应用 （30分钟）

要求：

1．了解描述气体的物态参量和平衡过程的概念；

2．掌握理想气体的物态方程；

3．理解准静态过程的概念；

4．掌握内能、功和热量的概念；

5．掌握定压摩尔热容和定容摩尔热容的概念；

6．掌握热力学第一定律；

7．掌握热力学第一定律在等体和等压过程中的应用。

重点与难点：

1．理想气体的物态方程；

2．热力学第一定律；

3．热力学第一定律的应用。

作业：

问题：P218：1，2，5，6

习题：P220：2，5，9，11

预习：§6－5，§6－6 第15讲 热力学基础——基本概念 热力学第一定律及其运用

1 第二部分 热学（Thermal Physics）

引言：热学的研究对象和两种研究方法

1．热学及其研究对象

物质的运动形式是多种多样的。在力学部分我们研究了物质最简单的运动形态——机械运动。在本部分我们将研究物质的热运动（Thermal Motion）。

通常的固体、液体和气体都是宏观物体（Macroscopic Body）。实验和理论都已指出，宏观物体具有微观结构，是由大量的微观粒子（分子、原子等）所组成的。而这些微观粒子在不停地作无规则的运动（Random Motion）。微观粒子的无规则的运动，称为热运动。宏观物体的物理特征正是建立在微观粒子热运动的基础上的。

1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量

保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？

答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。

2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不

可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？

答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边

界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热

系。

3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区

别和联系？

答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种

状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就

称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。

平衡状态并非稳定状态之必要条件。 

物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为

均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、

杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 

答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员对自行车作功，因此

有能量交换，因此赛车运动员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，

因此为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又有物质交换，因

此为开口系统，正在运行的电视机有能量交换无物质交换，因此为闭口系统 

5.分析汽车发动机与外界的质能交换情况？ 

答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程

吸收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能

量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质

交换。作功过程为向外输出功，能量交换。排气过程排除了较高温度

的烟气，因此既有能量交换又有物质交换。 

6.经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界

的整个系统能否恢复原来状态？

答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整

简述热力学能、焓、熵的概念。

热力学是研究物质的能量转化和宏观物理性质的学科，其中热力学能、焓、熵是热力学中的三个重要概念。

热力学能是指系统在温度为T时所具有的能量，它是系统的内能U与温度T的乘积。内能是指系统中分子的运动、振动、转动等各种形式的能量总和。热力学能是一个状态函数，只与系统的初始状态和最终状态有关，与系统的具体过程无关。

焓是指系统在恒压过程中所具有的能量，它等于系统内能U加上系统所对外界做的功pV。其中p为压强，V为体积。焓是一个状态函数，只与系统的初始状态和最终状态有关，与系统的具体过程无关。焓可以用于描述化学反应中放热或吸热的过程。

熵是指系统的无序程度，它是热力学中最基本的概念之一。熵增加代表着系统越来越无序，而熵减少则代表着系统越来越有序。熵是一个状态函数，只与系统的初始状态和最终状态有关，与系统的具体过程无关。熵增定律是指在孤立系统中，熵不断增加，直到达到最大值。

总之，热力学能、焓、熵是热力学中非常重要的概念，它们可以用于描述物质在不同条件下的能量转化和物理性质变化。了解这些概念可以帮助我们更好地理解自然界中许多现象，并且在工程领域中也有着广泛的应用。

工程热力学知识点总结

工程热力学知识点总结

1. 热力学基本概念

热力学是研究能量转化和能量传递规律的学科，它关注系统的宏观性质和变化。热力学的基本概念包括系统、界面、过程、平衡状态、状态方程等。

2. 热力学第一定律

热力学第一定律是能量守恒的表述，它表示能量的增量等于传热和做功的总和。数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示热的传递，W表示外界对系统做功。

3. 热力学第二定律

热力学第二定律描述了自然界中存在的一种过程的不可逆性，即熵增原理。它指出孤立系统的熵总是增加或保持不变，不会减少。熵增原理对热能转化和能量传递的方向提供了限制。

4. 热力学循环

热力学循环是一系列热力学过程组成的闭合路径，通过这个路径，系统经历一系列状态变化，最终回到初始状态。常见的热力学循环有卡诺循环、斯特林循环等。

5. 热力学性质

热力学性质是用来描述物质宏观状态的物理量，常用的热力学性质包括温度、压力、内能、焓、熵等。它们与热力学过程和相变有着密切的关系。

6. 热力学方程

热力学方程是用来描述物质宏观状态的数学关系。常见的热力学方程有状态方程（如理想气体状态方程）、焓的变化方程、熵的变化方程等。这些方程对于分析和计算热力学过程非常重要。

7. 理想气体

理想气体是热力学中一种理想的气体模型。在理想气体状态方程中，气体的压力、体积和温度之间满足理想气体方程。理想气体模型对于理解和研究气体性质和行为非常有用。

8. 发动机热力学循环

发动机热力学循环是指内燃机和外燃机中进行热能转换的一系列过程。常见的发动机热力学循环有奥托循环、迪塞尔循环等。通过研究发动机热力学循环，可以优化发动机的效率和性能。

9. 相变热力学 相变热力学研究物质由一种相态转变为另一种相态的过程。相变热力学包括液体-气体相变、固体-液体相变、固体-气体相变等。了解相变热力学对于理解物质的性质和行为具有重要意义。