第七章 热力学的物理基础

大学物理热力学基础热力学是物理学的一个分支，它研究热现象中的物理规律，包括物质的热性质、热运动和热转化。

在大学物理课程中，热力学基础是物理学、化学、材料科学、工程学等学科的基础课程之一。

热力学基础主要涉及以下几个方面的内容：1、热力学第一定律热力学第一定律，也称为能量守恒定律，是指在一个封闭系统中，能量不能被创造或消除，只能从一种形式转化为另一种形式。

这个定律说明，能量在传递和转化过程中是守恒的，不会发生质的损失。

2、热力学第二定律热力学第二定律是指热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反过来。

这个定律说明，热量传递的方向是单向的，不可逆的。

这个定律对于理解能源转换和利用具有重要意义。

3、热力学第三定律热力学第三定律是指绝对零度下，物质的熵（表示物质混乱度的量）为零。

这个定律说明，在绝对零度下，所有物质的分子和原子都处于静止状态，没有热运动，因此熵为零。

这个定律对于理解物质在低温下的性质和行为具有重要意义。

4、理想气体状态方程理想气体状态方程是指一定质量的气体在恒温条件下，其压力、体积和密度之间的关系。

这个方程对于理解气体在平衡状态下的性质和行为具有重要意义。

5、热容和焓热容和焓是描述物质在加热和冷却过程中性质变化的物理量。

热容表示物质吸收或释放热量的能力，焓表示物质在恒温条件下加热或冷却时所吸收或释放的热量。

这两个物理量对于理解和分析热现象具有重要意义。

大学物理热力学基础是物理学的重要分支之一，它为我们提供了理解和分析热现象的基本理论工具。

通过学习热力学基础，我们可以更好地理解能源转换和利用的原理，为未来的学习和职业生涯打下坚实的基础。

在无机化学的领域中，化学热力学基础是理解物质性质、反应过程和能量转换的重要工具。

本篇文章将探讨化学热力学的基础概念、热力学第一定律、热力学第二定律以及热力学第三定律。

一、化学热力学的基础概念化学热力学是研究化学反应和相变过程中能量转换的科学。

它主要涉及物质的能量、压力、温度和体积等物理量之间的关系。

高中物理知识点总结热力学基础IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】一.教学内容：热力学基础（一）改变物体内能的两种方式：做功和热传递1. 做功：其他形式的能与内能之间相互转化的过程，内能改变了多少用做功的数值来量度，外力对物体做功，内能增加，物体克服外力做功，内能减少。

2. 热传递：它是物体间内能转移的过程，内能改变了多少用传递的热量的数值来量度，物体吸收热量，物体的内能增加，放出热量，物体的内能减少，热传递的方式有：传导、对流、辐射，热传递的条件是物体间有温度差。

（二）热力学第一定律1. 内容：物体内能的增量等于外界对物体做的功W和物体吸收的热量Q 的总和。

2. 表达式：。

3. 符号法则：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值，吸收热量Q 取正值，物体放出热量Q取负值；物体内能增加取正值，物体内能减少取负值。

（三）能的转化和守恒定律能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体。

在转化和转移的过程中，能的总量不变，这就是能量守恒定律。

（四）热力学第二定律两种表述：（1）不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化。

（2）不可能从单一热源吸收热量，并把它全部用来做功，而不引起其他变化。

热力学第二定律揭示了涉及热现象的宏观过程都有方向性。

（3）热力学第二定律的微观实质是：与热现象有关的自发的宏观过程，总是朝着分子热运动状态无序性增加的方向进行的。

（4）熵是用来描述物体的无序程度的物理量。

物体内部分子热运动无序程度越高，物体的熵就越大。

（五）说明的问题1. 第一类永动机是永远无法实现的，它违背了能的转化和守恒定律。

2. 第二类永动机也是无法实现的，它虽然不违背能的转化和守恒定律，但却违背了热力学第二定律。

（六）能源和可持续发展1. 能量与环境（1）温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量提高，导致“温室效应”，使得地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。

11.01310522.4103
22.7102(J)
Qacb Acb
V(l)
7-3 气体的摩尔热容量
一、热容与摩尔热容的定义： 热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温
度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量（C）
dQ
C dT
表示升高1K所吸收的热量
J K1
单位质量的热容量叫比热容。 CMC比 JK1kg1
摩尔热容量：1 mol 物质的热容量（Cm）
M C Mmol Cm
1mol 物质温度升高1K时所吸收的热量。
JK1mo1
二、理想气体的摩尔热容量
1、理想气体的定容摩尔热容：
dQ CV ( dT )V
( dE dT
)V
理想气体 dE i RdT
2 3
单原子理想气体 CV 2 R
双原子理想气体
1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程
dA PdV dE M M moC lVdT (1)
理想气体状态方程
PV M RT Mmol
对其微分得:
M
PdVVdP RdT Mmol
(2)
联立（1）（2）得：
dP dV0 PV
PV con. s(3t)
（泊松公式）
将 PV cons.与t PV M RT联立得:
准静态过程是一种理想的极限。
三、准静态过程的功和热量
1、体积功的计算
dl
➢当活塞移动微小位移dl 时， 系统对外界所作的元功为：
p F S
➢系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：
A dA V2pdV V1
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功；
例：有1mol理想气体 （1）a b等温，

热力学第二定律的实质是揭示了热量 传递和机械能转化之间的方向性。
VS
它指出，热量传递和机械能转化的过 程是有方向的，即热量只能自发地从 高温物体传向低温物体，而机械能只 能通过消耗其他形式的能量才能转化 为内能。
热力学第二定律的应用
在能源利用领域，热力学第二定律指导我们合理利用能源，提高能源利用效率。
优势
统计热力学从微观角度出发，通过统计方法描述微观粒子的运动状态和相互作用，能够 更深入地揭示热现象的本质和内在规律。
局限性
统计热力学涉及到大量的微观粒子，计算较为复杂，需要借助计算机模拟等技术手段。
统计热力学与宏观热力学的关系
统计热力学和宏观热力学是相互补充的 关系，宏观热力学提供整体的、宏观的 视角，而统计热力学提供更微观、更具 体的视角。
03
热力学第一定律
热力学第一定律的表述
热力学第一定律的表述为
能量不能无中生出，也不能消失，只能从一种形式转化为另一种 形式。
也可以表述为
封闭系统中，热和功的总和是守恒的，即Q+W=ΔU。其中Q表示传 给系统的热量，W表示系统对外做的功，ΔU表示系统内能的变化。
热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质是能量守恒定律在封闭系统中的具体表现。 它表明了在能量转化和传递过程中，能量的总量保持不变，即能 量守恒。
掌握理想气体和实际气 体的统计描述，理解气 体定律的微观解释。
了解相变和化学反应的 统计热力学基础，理解 热力学第二定律和熵的 概念。
02
统计热力学基础概念
统计热力学简介
统计热力学是研究热力学系统 在平衡态和近平衡态时微观粒 子运动状态和宏观性质之间关 系的学科。
它基于微观粒子的运动状态和 相互作用，通过统计方法来描 述系统的宏观性质，揭示了微 观结构和宏观性质之间的联系 。

2.过程方程：
V T
=
const.
P
等压膨胀
1
2
3.过程曲线：
o V1
V2
V
2
4.能量转换关系： W = 1 P dV = P(V2 - V1)
Q PC P(T 2T 1) EC V(T 2T 1)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
1
1.特点： T = const.
等温膨胀
2.过程方程： P V = const.
2
3.过程曲线：
o V1
V2 V
4.能量转换关系： E = 0
Q= W
2
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
=
CP CV
=
i +2 i
>1
对单原子分子， i = 3， = 1.67 对双原子分子， i = 5， = 1.40 对多原子分子， i = 6， = 1.33 (以上均为刚性理想气体分子)
12
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§7.3 热力学第一定律对理想气体等值过程的应用
一.等容过程(isochoric process)
所以循环过程的效率为：
1Q2 17p2(V1V2)
Q1
5V`1(p1p2)
29
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气体吸收的热量全部用来做功。 气体吸收的热量全部用来做功。
Q : ∆E : A = 1 : 0 : 1
•摩尔热容量 摩尔热容量: 摩尔热容量
CT ,m = ∞
4、绝热过程 adiabatic 、
•特点： 特点： 特点
整个过程和外界无热量交换， 整个过程和外界无热量交换，Q = 0 气体绝热膨胀， 气体绝热膨胀，温度 ? 气体绝热压缩， 气体绝热压缩，温度 ? p1 p2 B V1 V2 V p A
理想气体的压强保持不变， 理想气体的压强保持不变，p = const. p1
•过程曲线： 过程曲线： 过程曲线 •内能改变: 内能改变: 内能改变
图上是一条垂直p轴的直线 等压线)。 轴的直线(等压线 在 p-V 图上是一条垂直 轴的直线 等压线 。 过程方程： 过程方程：V/T = const. o
A
B
V1
V2
V
i ∆E = νR∆T 2 •体积功: 体积功: 体积功
A = p1 (V2 − V1 ) = νR(T2 − T1 ) = νR∆T
气体体积膨胀 做正功， 做正功，直接 计算面积。 计算面积。
2、等压过程 、
•热量交换 热量交换: 热量交换
由热力学第一定律： 由热力学第一定律：
p p1 A B
•过程曲线： 过程曲线： 过程曲线
图上是一条双曲线， 等温线。 在 p-V 图上是一条双曲线，叫等温线。 过程方程： 过程方程：pV = const. o
•内能改变: 内能改变: 内能改变
i Q ∆T = 0 ∴ ∆E = νR∆T = 0 2 •体积功: 体积功: 体积功
A = ∫ PdV =
V1
A Q1 − Q2 Q2 η= = = 1− Q1 Q1 Q1

ln N!
A V
T
,
N
p
p
NkT
ln q V
T ,N
G A pV
G非定位
kT
ln
qN N!
NkTV
ln q V
T ,N
§7.4 配分函数
配分函数与热力学函数的关系
(5)焓H
(6)定容热容CV
H U pV
U非定位
NkT 2
ln q T
V ,N
p
NkT
ln q V
T
U T
A定位 kNT ln
g ei / kT i
i
i
与不考虑简并度的公式相比，只多了 gi 项
非定位系统的Boltzmann最概然分布公式 Ni* N
g ei / kT i g ei / kT i
由此可见，定位系统与非定位系统，最概然的分i 布公式
是相同的。
非定位系统的熵和Helmholtz自由能的计算公式
物理化学电子教案—第七章
第七章 统计热力学基础
§7.1 概论 §7.2 Boltzmann 统计 §7.4 配分函数 §7.5 各配分函数的求法及其对热力学函数的贡献 §7.7 分子的全配分函数 §7.8 用配分函数计算rGm 和反应的平衡常数
§7.1 概 论
统计热力学的研究方法和目的
统计热力学是宏观热力学与量子化学的桥梁。通过系统 粒子的微观性质（分子质量、分子几何构型、分子内及分子 间作用力等），利用分子的配分函数计算系统的宏观性质。 由于热力学是对大量粒子组成的宏观系统而言，这决定统计 热力学也是研究大量粒子组成的宏观系统，对这种大样本系 统，最合适的研究方法就是统计平均方法。
、V、N一定) 条件下对一切可能的微观运动状态所求的平均值

E i RT dE i RdT
2
2
CP
dQP dT
dQP
dE
PdV
i 2
RdT
RdT
PV RT d（PV） PdV VdP PdV RdT
14
单原子：i 3 双原子：i 5 多原子：i 6 二、三种等值过程
5
3
7
5
8
6
1.等容过程 特征：dV 0 dA 0
p
过程方程：
(1)状态d的体积Vd; (2)整个过程对外所做的功;
(3)整个过程吸收的热量.
p
2p1
c
解: (1)由绝热过程方程：
TcVc 1 TdVd 1
p1
ab
d
1
得：Vd
Tc Td
1
Vc
根据题意：
Td
Ta
p1V1 R
o v1 2v1
v
Vc 2V1
Tc
pcVc R
4 p1V1 R
4Ta
5
3
27
(2)整个过程对外所做的功;
真空
T
T0
2V0
∵绝热过程
(E E0） A 0
而 A=0
V0 1T0 （2V0） 1T T P0V0 P（2V0） P
E E0 （T T0）
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P
1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
i 2 1
1
i

第七章 热力学基础
教学基本要求
• 掌握热力学第一定律，并熟练应用于理想 气体各等值过程及循环过程 掌握热力学第二定律, 理解宏观过程的不 可逆性和热力学概率之间的关系 理解宏观过程的不可逆性和热力学概率之 间的关系 了解熵的概念、熵增加原理与能量退降， 理解生命过程中的自组织现象
•
• •
第七章 热力学基础
第一节 热力学的一些基木概念
一、热力学系统
1. 几个基本概念 孤立系统 封闭系统 开放系统
二、热力学过程
热力学过程: 系统从一个平衡态到另一个平衡态所 经历的的变化称为热力学过程,简称过程
第七章 热力学基础
准静态过程：如果任一时刻的中间态都无限接近一个 平衡态，此过程为准静态过程。不符合此条件的为非 静态过程 准静态过程的物理图像：驰豫时间：宏观小，微观大 态与过程的表示： p－V图
II
O
V1
等温过程
V2 V
第七章 热力学基础
四、绝热过程
dQ 0, Ws E
Ws M
绝热过程状态方程推导：

CV (T2 T1 )
pdV
M

CV dT M
状态方程？, p-V图？
pdV Vdp

RdT
pV=恒量 V-1T=恒量
P-1T-=恒量
绝热方程 （泊松方程）
或
V2
பைடு நூலகம்
V1
M i pdV R(T2 T1 ) p(V2 V1 ) 2
M i M M i Qp R(T2 T1 ) R(T2 T1 ) ( R R )(T2 T1 ) 2 2
则定压摩尔热容为
Cp
(dQ ) p ,mol dT

初中物理热学与热力学基础知识热学是物理学的一个重要分支，它研究的是与热现象有关的规律和性质。

热力学则是热学中的一个重要部分，主要关注能量的转化和传递。

在初中物理中，我们初步接触到了热学和热力学的基础知识，这为我们理解更复杂的物理现象和解决实际问题打下了基础。

首先，我们来了解一下温度的概念。

温度是表示物体冷热程度的物理量。

日常生活中，我们通过触摸物体来感受它的冷热，但在物理学中，温度有更精确的测量和定义。

常用的温度单位有摄氏度（℃）和开尔文（K）。

摄氏温度规定在一个标准大气压下，冰水混合物的温度为 0℃，沸水的温度为 100℃。

开尔文温度则是以绝对零度（－27315℃）为零点，单位为开尔文，1 开尔文与 1 摄氏度的温差相同。

测量温度的工具是温度计。

常见的温度计有液体温度计，如酒精温度计和水银温度计。

它们的工作原理是利用液体的热胀冷缩性质。

当温度升高时，液体膨胀，液面上升；温度降低时，液体收缩，液面下降。

接下来，我们说一说热量。

热量是在热传递过程中传递的能量。

热传递有三种方式：传导、对流和辐射。

热传导是指热量通过直接接触从高温物体传递到低温物体。

比如，我们用手握住一根热的金属棒，手会感到热，这就是热传导。

不同物质的导热性能不同，一般来说，金属是热的良导体，而木头、塑料等是热的不良导体。

热对流则是通过液体或气体的流动来传递热量。

例如，烧开水时，水的上下流动使整壶水都能被加热，这就是热对流。

热辐射是指物体以电磁波的形式向外传递热量。

太阳的热能就是通过热辐射传递到地球的。

然后，我们来学习比热容这个重要的概念。

比热容是指单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量。

不同物质的比热容一般不同，水的比热容较大，为 42×10³焦/（千克·℃），这意味着相同质量的水和其他物质吸收相同的热量时，水的温度升高得较慢；而放出相同的热量时，水的温度降低得也较慢。

正因如此，水在调节气温、保暖等方面有着重要的作用。

①：
A
CV
T2
T1
dT
CV (T2 T1) CV (T1 T2 )
②：
A
V2
V1
PdV
P V V2
V1 1 1
dV V
1
1
(
P1
V1
P2V2
)
③：
A
R 1
(T2
T1 )
（4）、绝热线与等温线比较
等温过程： PV = C
P dV + V dP = 0
等温线上A点的斜率
(
dP dV
)
T
[例1]下面理想气体的各种过程是否可能？ （1）内能减少的等容加热过程。
（不可能。dV=0,dA=0
dQ=dE,加热则dQ>0,dE>0)
（2）吸收热量的等温压缩过程。
（不可能.等温过程PV=C, dA<0, dT=0,
dE=0, dQ=dA<0,只能放热。）
（2）、定容摩尔热容
1mol理想气体在等容过程中升温1K时所吸收的热量。
CV
dQV dT
对于等容过程，有 dQV dE
所以
CV
dQV dT
dE dT
d dT
(
i 2
RT
)
i 2
R
刚性分子 C V 的数值 ( 单位： J.K .mol )
单原子
双原子
多原子
3 2
R
=
12.5
5 2
R
=
20.8
6 2
CV R CP 定压摩尔热容
Qp
M
Cp (T2
T1)
Cp (T2
T1)
（3）、定压摩尔热容

大学物理电子教案ch7热力学基础教案内容：一、教学内容本节课的教学内容选自大学物理教材第七章，热力学基础。

本章主要介绍了热力学的基本概念、定律和应用。

具体内容包括：温度、热量、内能的概念及它们之间的关系；热力学第一定律和第二定律；热力学常见现象和应用。

二、教学目标1. 理解温度、热量、内能的概念及它们之间的关系。

2. 掌握热力学第一定律和第二定律的基本内容。

3. 能够运用热力学知识解释一些日常生活中的现象。

三、教学难点与重点1. 教学难点：热力学第二定律的内涵及应用。

2. 教学重点：热力学第一定律和第二定律的理解和应用。

四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、PPT投影仪。

2. 学具：教材、笔记本、三角板、计算器。

五、教学过程1. 实践情景引入：讨论冬季取暖和夏季降温的原理，引导学生思考热量传递的过程。

2. 概念讲解：介绍温度、热量、内能的概念，并通过示例解释它们之间的关系。

3. 定律讲解：讲解热力学第一定律和第二定律的内容，并通过实例演示其应用。

4. 例题讲解：分析生活中的一些热力学现象，如热机效率、制冷原理等，引导学生运用热力学知识进行解释。

5. 随堂练习：布置一些与本节课内容相关的练习题，让学生现场解答，巩固所学知识。

6. 知识拓展：介绍热力学在现代科技领域中的应用，如空调、冰箱等。

六、板书设计板书内容主要包括：温度、热量、内能的概念及关系；热力学第一定律和第二定律的公式及解释；热力学现象及应用。

七、作业设计1. 作业题目：（1）解释温度、热量、内能的概念及它们之间的关系。

（2）运用热力学第一定律和第二定律，分析一个热力学现象。

（3）讨论热力学在现代科技领域中的应用。

2. 答案：（1）温度是物体分子平均动能的度量；热量是热能的传递；内能是物体所有分子的动能和势能之和。

它们之间的关系是：温度升高，热量增加，内能增加。

（2）示例：分析热水沸腾的过程，应用热力学第一定律，解释水蒸气产生的原因。

系统吸热为
（3）若沿过程曲线从a到c状态，内能改变为
应用热力学第一定律，系统所作的功为
7-3 2mol的氮气从标准状态加热到373 K，如果加热时（1）体积不变；（2）压强不变，问在这两种情况下气体吸热分别是多少？哪个过程吸热较多？为什么？
分析根据热力学第一定律，系统从外界吸收的热量，一部分用于增加系统的内能，另一部分用于对外作功．理想气体的内能是温度的单值函数，在常温和常压下氮气可视为理想气体，无论经过什么样的准静态过程从标准状态加热到373 K，其内能的变化都相同．在等体过程中气体对外不作功，系统从外界吸收的热量，全部用于系统的内能的增加，而在等压过程中，除增加内能外，还要用于系统对外作功，因此吸热量要多些．
分析气体动理论的能量公式表明，气体的温度是气体分子平均平动动能的量度，而且定义了方均根速率 ．只要温度不变，无论经历什么样的过程，方均根速率都不变．本题中，可以通过等温过程中系统所作的功的表达式确定该过程中系统的温度．
解等温过程中系统所作的功为
7-92 m3的气体等温地膨胀，压强从 变到 ，求完成的功．
第七章热力学基础
7-1 假设火箭中的气体为单原子理想气体，温度为2000 K，当气体离开喷口时，温度为1000 K，（1）设气体原子质量为4个原子质量单位，求气体分子原来的方均根速率 ．已知一个原子质量单位=1.6605×10-27kg；（2）假设气体离开喷口时的流速（即分子定向运动速度）大小相等，均沿同一方向，求这速度的大小，已知气体总的能量不变．
p
p22
p0等温线
1
p1
OV2V1V
图7-12
分析对于双原子理想气体，热容比 ．不论经历什么过程，只要初终态气体的温度相同，就可以应用理想气体状态方程，建立类似于等温过程中初态和终态压强和体积之间的关系．

热力学基础一、基本要求1. 理解功、热量及准静态过程的概念。

2. 掌握热力学第一定律，能分析计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量；理解循环过程概念及卡诺循环的特征，并能计算效率和致冷系数。

3. 了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。

4. 了解热力学第二定律及其统计意义。

二、主要内容1. 准静态过程：过程进行的每一时刻，系统的状态都无限接近平衡态。

准静态过程可以用状态图上的曲线表示。

2. 热力学第一定律（1） 热力学第一定律的数学表达式Q=E 2 - E 1 +Ｗ对微分过程为dQ=dE +d Ｗ热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用，其内容表示系统吸收的热量一部分转换为系统的内能，一部分对外做功。

（2） 准静态过程系统对外做功：d Ｗ=pd Ｖ ，Ｗ=⎰12V V pd Ｖ（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量，热量也是过程量。

一定摩尔的某种物质，在某一过程中吸收的热量，)(C m12m c,T T M Q -=（4） 摩尔热容：1mo1物质温度变化1K 所吸收或放出的热量，定义式为 dTＱd m,=m c C 其中m 为1mo1 物质吸热。

摩尔定容热容：ＣV , m =摩尔定压热容：Ｃp, m =理想气体的摩尔热容：ＣV, m =，Ｃp, m =Ｃp, m =ＣV, m + 摩尔热容比：=3. 热力学第一定律对理想气体等值过程和绝热过程的应用，详见表1 表1 d =0 =恒量=恒量p =恒量mmmM m Ｔ1nMm Ｔ1nＣV, m =Ｃp, m =4. 循环过程（1）循环过程的特征是E =0热循环：系统从高温热源吸热，对外做功，向低温热源放热，致效率为== 1—致冷循环：系统从低温热源吸热，接受外界做功，向高温热源放热，致冷系数为==（2）卡诺循环：系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。

卡诺热机的效率为= 1—卡诺致冷机的致冷系数为三、习题与解答1、 如图所示，一定量的空气，开始在状态A ，其压强为2.0×105Pa ，体积为2.0 ×10－3m 3 ，沿直线AB 变化到状态B 后，压强变为1.0 ×105Pa ，体积变为3.0 ×10－3m 3 ，求此过程中气体所作的功.解 S ABCD ＝1/2(BC ＋AD)×CD 故 W ＝150 J2、 汽缸内储有2.0mol 的空气，温度为27 ℃，若维持压强不变，而使空气的体积膨胀到原体积的3倍，求空气膨胀时所作的功. 解 根据物态方程11RT pV v =, 则作功为()J 1097.92231112⨯===-=RT pv V V p W v3、64g 氧气（可看成刚性双原子分子理想气体）的温度由0℃升至50℃，〔1〕保持体积不变；(2)保持压强不变。

展望
学习方法建议
多做习题，提高解题能力 和综合分析能力。
加强理论学习，深入理解 热力学的物理意义和数学 表达。
关注学科前沿，了解热力 学在最新科研和技术中的 应用。
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热力学第一定律是能量守恒定律 在热学中的具体表现，它指出系 统能量的增加等于传入系统的热 量与外界对系统所做的功的和。
功的计算：在封闭系统中，外界 对系统所做的功可以通过热力学 第一定律进行计算，这有助于理 解系统能量的转化和利用。
能量平衡：利用热力学第一定律 ，可以分析系统的能量平衡，判 断系统是否处于热平衡状态。
热力学第二定律
热力学第二定律
描述了热力过程中宏观性质的自然方向性，即不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变 化。
表达式
不可能通过有限个步骤将热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。
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热力学基础习题解答
热力学第一定律的应用
热量计算：通过热力学第一定律 ，可以计算系统吸收或放出的热 量，进而分析系统的能量变化。
热力学第二定律的应用
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热力学第二定律指出，自
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发过程总是向着熵增加的
方向进行，即不可逆过程
总是向着宏观状态更混乱
、更无序的方向发展。
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熵增加原理：根据热力学 第二定律，孤立系统的熵 永不减少，即自发过程总 是向着熵增加的方向进行 。
热机效率：利用热力学第 二定律，可以分析热机的 效率，探讨如何提高热机 的效率。
100%
制冷机效率的影响因素
制冷机效率受到多种因素的影响 ，如制冷剂的性质、蒸发温度和 冷凝温度、压缩机和冷却剂的流 量等。

功
做功可以改变系统的状态
做功是系统与外界交换能量的一种方式 在热学中，它是外界有序运动能量与系
统无序运动能量间的转换。过程量
摩擦升温（机械功） 电加热（电功）
上海交通大学 物理系
准静态过程的功
dA PSdl PdV 若A>0系统对外界作功.
A dA v2 PdV v1
若A<0外界对系统作功
上海交通大学 物理系
准静态过程
可以用P-V图描述准静态的变化过程，这P-V图上的每 上点都可表示系统的一个平衡态。
准静态做功：气体膨胀过程
P
P1
P
P2
12
V1 V2 V
上海交通大学 物理系
准静态过程
作功是系统与外界交换能量的一种方式，是力 学相互作用下的能量转移。作功是通过宏观的 有规则运动来完成的。
上海交通大学 物理系
理想气体
严格满足玻意耳定律 pV = vRT
压强趋向于零极限状态下的气体
满足道尔顿分压定律 满足阿伏伽德罗定律 满足焦耳定律 U=U(T) 内能由系统的状态唯一地确定，并随状态变化而变化， 是状态的单值函数
E E(2) E(1)
上海交通大学 物理系
理想气体的内能 焦耳实验
上海交通大学 物理系
气体实验定律
关于气体热学行为的5个基本实验定律， 也是建立理想气体概念的实验依据。
玻意耳定律
盖·吕萨克定律 查理定律。 阿伏伽德罗定律 道耳顿定律
上海交通大学 物理系
§9.1 热力学第一定律
包括热现象在内的能量守恒和 转换定律
热力学第一定律
Q U2 U1 W
系统从外界吸热 Q
处于平衡态系统的内能是确定的；

热力学基础知识热力学是物理学的一个分支，研究热现象和热能转化的规律。

在我们生活中，也可以看到许多与热力学有关的现象，比如汽车引擎的工作、空调的制冷、发热体的加热等等。

在接下来的文章中，我们将深入了解一些热力学的基本概念和原理。

一、热力学的基本概念1. 温度和热量温度是描述物体热度的物理量，单位是摄氏度（℃）、开尔文（K）、华氏度（℉）等。

热量是指热能的转移量，单位是焦耳（J）、卡路里（cal）等。

两者的联系可以用下面的公式表示：Q=m×c×ΔT其中，Q表示热量，m表示物体质量，c表示物体的热容量，ΔT表示物体温度变化量。

此外，还有一个重要的物理量叫做热力学摩尔容量，指的是单位量物质在温度变化1K时所吸收的热量，单位是焦/摩尔-开尔文（J/mol-K）。

2. 热力学第一定律热力学第一定律也叫做能量守恒定律，指的是能量不能被创造或毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式，并且总能量守恒。

从热观点来看，热量也是一种能量，因此热能也具有守恒性质。

3. 热力学第二定律热力学第二定律是一个非常重要的定律，它规定了热能转化的方向性，即热量只能从高温物体流向低温物体，不可能反向。

这个定律也成为热力学的增熵定律，指的是一个孤立系统的熵（混乱度）只可能增加，而不可能减小。

二、热力学的应用1. 热力学循环热力学循环是指通过对气体或液体的加热或冷却来产生机械功或者热量，再将剩余的热量排放到外界，从而实现能量转化的过程。

熟悉汽车工作原理的人应该都知道，汽车引擎就是一种热力学循环系统，通过燃烧汽油来加热气体，从而产生机械功驱动车轮，同时排放废气。

2. 热力学平衡当物体的温度相同时，此时物体达到了热力学平衡，它们之间的热量不再交换。

但是，这并不意味着温度相同的两个物体一定热力学平衡。

比如，在室内放着一瓶冰水和一只热汤的碗，虽然它们的温度都是20℃，但是它们内部的热量分布不同，因此不能说它们处于热力学平衡状态。