大学物理第七章 热力学基础

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。

《大学物理学》热力学基础一、选择题13-1．如图所示，bca 为理想气体的绝热过程，b 1a 和b 2a 是任意过程，则上述两过程中气体做功与吸况是 ( )（A ）b 1a 过程放热、作负功，b 2a （B ）b 1a 过程吸热、作负功，b 2a 过程放热、作负功； （C ）b 1a 过程吸热、作正功，b 2a 过程吸热、作负功； （D ）b 1a 过程放热、作正功，b 2a 过程吸热、作正功。

【提示：体积压缩，气体作负功；三个过程中a 和b 两点之间的内能变化相同，bca 线是绝热过程，既不吸热也不放热，b 1a 过程作的负功比b 2a 过程作的负功多，由Q W E =+∆知b 2a 过程放热，b 1a 过程吸热】13-2．如图，一定量的理想气体，由平衡态A 变到平衡态B ，且他们的压强相等，即A B P P =。

问在状态A 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。

【提示：由于ABTT <，必有AB EE <；而功、热量是过程量，与过程有关】13-3．两个相同的刚性容器，一个盛有氢气，一个盛氦气(均视为刚性理想气体)，开始时它们的压强和温度都相同，现将 3 J 的热量传给氦气，使之升高到一定的温度，若氢气也升高到同样的温度，则应向氢气传递热量为 ( )（A ）6J ； （B ）3J ； （C ）5J ； （D ）10J 。

【提示：等体过程不做功，有Q E =∆，而2mol M iE R T M ∆=∆，所以需传5J 】13-4．有人想象了如图所示的四个理想气体的循环过程，则在理）不能相交】 13-5．一台工作于温度分别为327℃和（ ）（A ）2000J ； （B ）1000J ； （C ）4000J ； （D ）500J 。

【卡诺热机的效率为211T T η=-，W Qη=，可求得300150%600η=-=，则1000W Q J η==】13-6．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，但不能从低温物体传到高温物体；（D ）任何过程总是沿熵增加的方向进行。

大学物理热力学基础教案一、引言1.1 热力学的概念解释热力学是研究物质系统在温度、压力等条件变化时，其宏观性质如何变化的科学。

强调热力学在工程、物理等领域的应用重要性。

1.2 热力学的研究方法描述热力学通过实验和理论分析来研究物质系统的宏观性质。

介绍热力学的基本定律和理论模型。

二、热力学第一定律2.1 能量守恒定律解释能量守恒定律的内容，即在一个封闭系统中，能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。

通过示例或实验现象展示能量守恒定律的应用。

2.2 内能定义内能的概念，即系统内部所有分子和原子的动能和势能之和。

解释内能与系统温度、体积等参数的关系。

三、热力学第二定律3.1 熵的概念介绍熵的概念，即系统混乱程度的度量，熵值越大，系统越混乱。

解释熵与系统温度、分子运动等的关系。

3.2 热力学第二定律的表述表述热力学第二定律的不同形式，如熵增原理、卡诺定理等。

通过实际例子或图示展示熵增原理的应用。

四、热力学第三定律4.1 绝对零度的概念解释绝对零度是理论上最低可能的温度，即物质的熵为零的状态。

介绍开尔文温标与摄氏温标的关系。

4.2 熵与绝对零度解释熵与绝对零度之间的关系，即随着温度的降低，熵逐渐减小并趋近于零。

强调熵与绝对零度在热力学研究中的重要性。

五、热力学应用5.1 热机介绍热机的概念，即利用热能转换为机械能的装置。

解释热机的效率和热力学第二定律的关系。

5.2 热传递描述热传递的基本方式，包括导热、对流和辐射。

解释热传递的规律，如傅里叶定律、牛顿热传递定律等。

六、热力学状态方程6.1 理想气体状态方程推导理想气体状态方程PV=nRT，其中P 为压强，V 为体积，n 为物质的量，R 为理想气体常数，T 为温度。

解释理想气体状态方程在一定条件下的适用性。

6.2 物态方程介绍物态方程的概念，它是描述在不同温度和压力下，物质的状态（如固体、液体、气体）如何变化的方程。

举例说明物态方程在实际应用中的重要性。

《大学物理》热力学基础练习题一、简答题：1、什么是准静态过程?答案：一热力学系统开始时处于某一平衡态，经过一系列状态变化后到达另一平衡态，若中间过程进行是无限缓慢的，每一个中间态都可近似看作是平衡态，那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。

2、从增加内能来说，做功和热传递是等效的。

但又如何理解它们在本质上的差别呢?答：做功是机械能转换为热能，热传递是热能的传递而不是不同能量的转换。

3、一系统能否吸收热量，仅使其内能变化? 一系统能否吸收热量，而不使其内能变化?答：可以吸热仅使其内能变化，只要不对外做功。

比如加热固体，吸收的热量全部转换为内能升高温度；不能吸热使内能不变，否则违反了热力学第二定律。

4、有人认为：“在任意的绝热过程中，只要系统与外界之间没有热量传递，系统的温度就不会改变。

”此说法对吗? 为什么?答：不对。

对外做功，则内能减少，温度降低。

5、分别在Vp-图、Tp-图上，画出等体、等压、等温和绝热过程的曲线。

V-图和T6、 比较摩尔定体热容和摩尔定压热容的异同。

答案：相同点：都表示1摩尔气体温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。

不同点：摩尔定体热容是1摩尔气体，在体积不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。

摩尔定压热容是1摩尔气体，在压强不变的过程中，温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。

两者之间的关系为R C C v p +=7、什么是可逆过程与不可逆过程答案：可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其它变化；不可逆过程：在系统状态变化过程中，如果逆过程能不重复正过程的每一状态，或者重复正过程时必然引起其它变化。

8、简述热力学第二定律的两种表述。

答案：开尔文表述：不可能制成一种循环工作的热机，它只从单一热源吸收热量，并使其全部变为有用功而不引起其他变化。

克劳修斯表述：热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。

9、什么是第一类永动机与第二类永动机?答案：违背热力学第一定律（即能量转化与守恒定律）的叫第一类永动机，不违背热力学第一定律但违背热力学第二定律的叫第二类永动机。

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。

大学物理《热力学基础》课件一、教学内容1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。

二、教学目标1. 掌握热力学基本概念，理解温度、热量、内能、熵等物理量的意义；2. 掌握热力学第一定律，了解做功和热传递在能量传递中的作用；3. 理解热力学第二定律，认识熵增原理及其在实际应用中的重要性；4. 掌握热力学第三定律，了解绝对零度的概念及其对热力学的影响；5. 熟练运用热力学基本方程，分析实际热力学问题。

三、教学难点与重点重点：热力学基本概念、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律、热力学基本方程；难点：熵增原理的理解，热力学过程的可逆性与不可逆性，绝对零度的概念及应用。

四、教具与学具准备1. 教具：黑板、粉笔、多媒体课件；2. 学具：笔记本、笔、计算器。

五、教学过程1. 实践情景引入：通过讨论日常生活中的热现象，如热水沸腾、冰块融化等，引导学生思考热力学基本问题；2. 讲解热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等，结合实例进行解释；3. 讲解热力学第一定律：能量守恒定律，通过示例分析做功和热传递在能量传递中的作用；4. 讲解热力学第二定律：熵增原理，讨论热力学过程的可逆性与不可逆性，结合实际例子阐述其重要性；5. 讲解热力学第三定律：绝对零度的概念，分析熵与温度的关系；6. 讲解热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律，通过例题展示如何运用热力学基本方程分析实际问题；7. 随堂练习：布置几道有关热力学基本概念、定律和方程的题目，让学生现场解答，教师点评并讲解；8. 课堂小结：回顾本节课的主要内容，强调热力学基本概念、定律和方程的重要性。

六、板书设计1. 热力学基本概念：温度、热量、内能、熵等；2. 热力学第一定律：能量守恒定律，做功和热传递在能量传递中的作用；3. 热力学第二定律：熵增原理，热力学过程的可逆性与不可逆性；4. 热力学第三定律：绝对零度的概念，熵与温度的关系；5. 热力学基本方程：态函数、状态变化的基本规律。

第7章 热力学基础7-1在下列准静态过程中，系统放热且内能减少的过程是[ D ] A ．等温膨胀. B ．绝热压缩. C ．等容升温. D ．等压压缩.7-2 如题7-2图所示，一定量的理想气体从体积V 1膨胀到体积V 2分别经历的过程是：A →B 等压过程; A →C 等温过程; A →D 绝热过程 . 其中吸热最多的过程是[ A ] A ．A →B 等压过程 B ．A →C 等温过程.C ．A →D 绝热过程. 题7-2图 D ．A →B 和A → C 两过程吸热一样多.7-3 一定量某理想气体所经历的循环过程是:从初态(V 0 ,T 0)开始,先经绝热膨胀使其体积增大1倍,再经等容升温回复到初态温度T 0, 最后经等温过程使其体积回复为V 0 , 则气体在此循环过程中[ B ]A ．对外作的净功为正值.B ．对外作的净功为负值.C ．内能增加了.D ．从外界净吸收的热量为正值. 7-4 根据热力学第二定律，判断下列说法正确的是 [ D ] A ．功可以全部转化为热量，但热量不能全部转化为功.B ．热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体.C ．不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程.D ．一切自发过程都是不可逆的.7-5 关于可逆过程和不可逆过程有以下几种说法，正确的是[ A ] A ．可逆过程一定是准静态过程． B ．准静态过程一定是可逆过程． C ．无摩擦过程一定是可逆过程．D ．不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程．7-6 理想气体卡诺循环过程的两条绝热线下的面积大小(题7-6图中阴影部分)分别为S 1和S 2 , 则二者的大小关系是[ B ] A ．S 1 > S 2 . B ．S 1 = S 2 .C ．S 1 < S 2 .D ．无法确定. 题7-6图 7-7 理想气体进行的下列各种过程，哪些过程可能发生[ D ] A ．等容加热时，内能减少，同时压强升高 B ． 等温压缩时，压强升高，同时吸热 C ．等压压缩时，内能增加，同时吸热 D ．绝热压缩时，压强升高，同时内能增加7-8 在题7-8图所示的三个过程中，a →c 为等温过程,则有[ B ] A ．a →b 过程 ∆E <0，a →d 过程 ∆E <0. B ．a →b 过程 ∆E >0，a →d 过程 ∆E <0. C ．a →b 过程 ∆E <0，a →d 过程 ∆E >0.D ．a →b 过程 ∆E >0，a →d 过程 ∆E >0. 题7-8图7-9 一定量的理想气体，分别进行如题7-9图所示的两个卡诺循环，若在p V -图上这两个循环过程曲线所围的面积相等，则这两个循环的[ D ] A ．效率相等.B ．从高温热源吸收的热量相等.C ．向低温热源放出的热量相等.D ．对外做的净功相等. 题7-9图7-10一定质量的某种理想气体在等压过程中对外作功为 200 J ．若此种气体为单原子分子气体，则该过程中需吸热__500__ J ；若为双原子分子气体，则需吸热__700___ J 。