大学物理 第五章热力学基础

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。

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。

大学热学物理知识点总结1.热力学基本定律热力学基本定律是热学物理的基础，它包括三个基本定律，分别是热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。

（1）热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热学表述，它规定了热力学系统能量的守恒性质。

简单地说，热力学第一定律表明了热力学系统能量的增减只与系统对外界做功和与外界热交换有关。

热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸热的大小，W表示系统对外界所作的功。

由此可以看出，系统的内能变化量等于吸收热量减去做的功。

（2）热力学第二定律热力学第二定律是热力学系统不可逆性的表述，它规定了热力学系统内部的熵增原理，即系统的熵不会减小，而只会增加或保持不变。

简单地说，热力学第二定律表明了热力学系统内部的任何一种热力学过程都是不可逆的。

这意味着热力学系统永远无法使热量全部转化为功，总会有一部分热量被转化为无效热。

热力学第二定律还表明了热力学过程的方向性，即热量只能从高温物体传递到低温物体，而不能反向传递。

（3）热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋于绝对零度时，任何物质的熵都将趋于一个有限值，这个有限值通常被定义为零。

简单地说，热力学第三定律表明了在绝对零度时，任何系统的熵都将趋于零。

热力学第三定律的提出对于热学物理的研究具有非常重要的意义，它为我们理解热学系统的性质提供了重要的基础。

2.热力学过程热力学过程是指热力学系统内部发生的一系列变化，包括各种状态参数的变化和热力学系统对外界的能量交换。

常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程等。

这些过程在日常生活以及工业生产中都有着广泛的应用。

（1）等温过程等温过程是指在恒定温度下进行的热力学过程。

在等温过程中，系统对外界做的功和吸收的热量之比是一个常数。

这意味着等温过程的压强和体积成反比，在P-V图上表现为一条双曲线。

常见的等温过程有等温膨胀和等温压缩等。

（2）绝热过程绝热过程是指在无热交换的情况下进行的热力学过程。

第五章 热力学基础5－1 在水面下50.0 m 深的湖底处（温度为4.0℃），有一个体积为1.0×10-5 m 3的空气泡升到湖面上来，若湖面的温度为17.0℃，求气泡到达湖面的体积。

（大气压P 0 = 1.013×105 Pa ） 分析：将气泡看成是一定量的理想气体，它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态。

利用理想气体物态方程即可求解本题。

位于湖底时，气泡内的压强可用公式gh p p ρ+=0求出，其中ρ为水的密度（常取ρ = 1.0⨯103 kg·m -3）。

解：设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为（p 1，V 1，T 1）和（p 2，V 2，T 2）。

由分析知湖底处压强为ghp gh p p ρρ+=+=021。

利用理想气体的物态方程可得空气泡到达湖面的体积为()3510120121212m 1011.6-⨯=+==T p V T gh p T p V T p V ρ5－2 氧气瓶的容积为3.2×10-2 m 3，其中氧气的压强为1.30×107 Pa ，氧气厂规定压强降到1.00×106 Pa 时，就应重新充气，以免经常洗瓶。

某小型吹玻璃车间，平均每天用去0.40 m 3 压强为1.01×105 Pa 的氧气，问一瓶氧气能用多少天？（设使用过程中温度不变） 分析：由于使用条件的限制，瓶中氧气不可能完全被使用。

从氧气质量的角度来分析。

利用理想气体物态方程pV = mRT /M 可以分别计算出每天使用氧气的质量m 3和可供使用的氧气总质量（即原瓶中氧气的总质量m 1和需充气时瓶中剩余氧气的质量m 2之差），从而可求得使用天数321/)(m m m n -=。

解：根据分析有RT V Mp m RT V Mp m RT V Mp m 333122111===；；则一瓶氧气可用天数()()5.933121321=-=-=V p V p p m m m n5－3 一抽气机转速ω=400r ּmin -1，抽气机每分钟能抽出气体20升。

《大学物理》热力学基础练习题及答案解析一、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。

大学物理热力学的基本概念与热平衡定律解释热力学是研究物质的热现象与能量转化规律的学科，在自然科学中具有重要的地位。

热力学的研究对象包括热力学系统、热力学性质以及热力学定律等内容。

本文将介绍热力学的基本概念，并重点解释其中的热平衡定律。

一、热力学的基本概念1. 热力学系统：热力学系统是指研究对象，它可以是一个物体、一组物体或者一个空间范围内的物质。

热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统等不同类型。

2. 热力学性质：热力学性质是指描述热力学系统状态的物理量，如温度、压强、体积、内能等。

这些性质的变化可以通过热力学过程来描述，例如等温过程、绝热过程等。

3. 热力学定律：热力学定律是指总结和归纳得出的描述热力学现象和规律的定律，如热力学第一定律、热力学第二定律等。

二、热平衡定律的解释热平衡定律是热力学第零定律，它是热力学研究的基础。

热平衡定律的核心概念是热平衡，即两个物体之间不存在热量的净交换。

如果两个物体之间达到了热平衡，它们的温度是相等的。

反之，如果两个物体温度不相等，它们之间会发生热量的传递，直到达到热平衡为止。

热平衡定律可以用以下实例来解释。

假设有两个热力学系统A和B，它们之间没有物质交换，只能通过热交换来达到热平衡。

当A和B接触时，它们会发生热量的交换，直到两个系统的温度相等，称为热平衡状态。

在热平衡状态下，系统A和B的内能之和保持不变，即热平衡状态是一种稳定的状态。

根据热平衡定律，我们可以得出一个重要的推论：如果一个物体与另外两个物体都达到了热平衡，那么这两个物体之间也一定达到了热平衡。

这种传递性质使得热平衡成为一个具有普适性的概念，在热力学的研究中具有重要的应用。

总结起来，热力学的基本概念包括热力学系统、热力学性质和热力学定律。

热平衡定律是热力学研究的基石，它描述了热力学系统中热量传递的规律。

根据热平衡定律，我们可以判断系统是否处于热平衡状态，并通过热平衡状态来描述系统的特性。

热平衡定律的解释为我们理解和应用热力学提供了基础。