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熱力學基礎概念热力学是涉及能量转移和能量转换的科学领域，也是应用广泛的学科。
在热力学中，流体力学、热学和热力学等科学领域交叉与融合，形成了一整套基础概念。
第一、热力学第一定律热力学第一定律是指热力学过程能量守恒的法则。
它是体系内能量变化率等于系统输入输出热量的代数和。
也可以用公式表示为：ΔU = Q - W其中，ΔU是体系内能的变化量，Q是系统扫过界面的热传输热量，W是系统内部做功的能量。
第二、热力学第二定律热力学第二定律又被称为熵增原理，它是指系统内部不可逆过程会导致熵不断增加，即越来越趋向于混乱无序的现象。
它表明热能不可能完全转化为功，即热力学第一定律的贡献无法全部用于完成功。
热力学第二定律的表达式为：dS≥đQ/T其中，S为熵，T为温度，dQ为热量变化量。
第三、热力学第三定律热力学第三定律是指在绝对零度时体系的熵为零。
这个定律使得我们能够得到绝对零度时热力学量的精确值。
热力学第三定律表述了热力学基本定律的最彻底的结果之一。
在热力学中，还有一些基本热学量，它们在研究中发挥着重要的作用。
一、温度温度是指物体分子的热运动程度，它是一个物理量。
热力学中一般用开尔文温标(K)来表示，绝对零度时，温度为0K(K=℃+273.16)。
二、热容热容指的是物体吸收一定热量后，温度上升的程度。
热容也有一个量纲，单位为焦尔/千克·开尔文(J/K)。
三、比热容比热容指的是单位质量物体吸收一定热量后温度上升的程度。
它与热容不同，比热容也有自己的计量单位，单位为焦尔/千克·开尔文(J/(kg K))。
四、焓焓是在热力学中是一个非常重要的量，它是体积、温度和压强的函数。
焓通常指“黏性流体”的单位质量和“不可压缩流体”的单位成分的体积能量。
它通常用J/kg来表示。
从本文我们可以初步的了解了一些基础热力学中的常见概念。
在实践中，更深入的学习和探索还需要一个良好的科学氛围和相关知识的丰富度。
热力学基础知识热力学是一门研究能量转化与传递的学科，是自然科学的基础。
热力学的概念源于研究热与功之间的相互转化关系，以及能量在物质之间的传递过程。
本文将通过介绍热力学的基本概念、热力学定律和热力学过程，帮助读者了解热力学的基础知识。
1. 热力学的基本概念热力学研究的对象是宏观体系，即指由大量微观粒子组成的物质系统。
热力学通过对体系的宏观性质进行观察和测量，来揭示物质和能量之间的关系。
热力学的基本概念包括系统、热、功、状态函数等。
系统是热力学研究的对象，可以是孤立系统、封闭系统或开放系统。
孤立系统与外界不进行物质和能量交换，封闭系统与外界可以进行能量交换但不进行物质交换，开放系统则可以进行物质和能量的交换。
热是能量的一种传递方式，是由高温物体向低温物体传递的能量。
热的传递方式有导热、对流和辐射。
功是对系统做的物质微观粒子在宏观层面的效果，是由于力的作用而引起物体位移的过程中所做的功。
例如，当一个物体被推动时，根据物体受力和运动方向的关系，可以计算出所做的功。
状态函数是由系统的状态决定的宏观性质，不依赖于热力学过程的路径，只与初态和终态有关。
常见的状态函数有温度、压力、体积等。
2. 热力学定律热力学定律是热力学基础知识的核心内容，揭示了宏观物质之间相互作用的规律。
第一定律：能量守恒定律，能量既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律表达了能量的守恒关系，即系统的内能变化等于吸收的热量与做的功的差。
第二定律：热力学第二定律描述了自然界的能量传递过程中不可逆的方向。
它说明热量会自发地从高温物体传递到低温物体，而不会反向传递。
热力学第二定律还提出了热力学箭头的概念，即自然界中某些过程的方向是不可逆的。
第三定律：热力学第三定律说明在绝对零度（0K）下，熵（系统的无序程度）将趋于最低值。
此定律进一步阐述了热力学中的温标和熵的概念。
3. 热力学过程热力学过程描述了系统由一个状态转变为另一个状态的过程。
热力学基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 热力学第一定律指出能量守恒，下列哪项描述是正确的？A. 能量可以被创造或消灭B. 能量可以从一个物体转移到另一个物体C. 能量可以在封闭系统中增加或减少D. 能量总是从高温物体流向低温物体答案：B2. 熵是热力学中描述系统无序度的物理量，下列哪项描述是正确的？A. 熵是一个状态函数B. 熵是一个过程函数C. 熵只与系统的温度有关D. 熵只与系统的压力有关答案：A3. 理想气体状态方程为PV=nRT，其中P代表压力，V代表体积，n代表摩尔数，R代表气体常数，T代表温度。
下列哪项描述是错误的？A. 理想气体状态方程适用于所有气体B. 在恒定温度下，气体的体积与压力成反比C. 在恒定压力下，气体的体积与温度成正比D. 在恒定体积下，气体的压力与温度成正比答案：A4. 热力学第二定律指出热量不能自发地从低温物体传递到高温物体，下列哪项描述是正确的？A. 热量总是从高温物体流向低温物体B. 热量可以在没有外界影响的情况下从低温物体流向高温物体C. 热量可以在外界做功的情况下从低温物体流向高温物体D. 热量可以在没有外界做功的情况下从低温物体流向高温物体答案：C5. 卡诺循环是理想化的热机循环，其效率只与热源和冷源的温度有关。
下列哪项描述是错误的？A. 卡诺循环的效率与工作介质无关B. 卡诺循环的效率与热源和冷源的温度差有关C. 卡诺循环的效率与热源和冷源的温度成正比D. 卡诺循环的效率在所有循环中是最高的答案：C6. 根据热力学第三定律，下列哪项描述是正确的？A. 绝对零度是可以达到的B. 绝对零度是不可能达到的C. 绝对零度下所有物质的熵为零D. 绝对零度下所有物质的熵为负值答案：B7. 热力学中的吉布斯自由能（G）是用来描述在恒温恒压条件下系统自发进行变化的能力。
下列哪项描述是错误的？A. 吉布斯自由能的变化（ΔG）是负值时，反应自发进行B. 吉布斯自由能的变化（ΔG）是正值时，反应非自发进行C. 吉布斯自由能的变化（ΔG）是零时，系统处于平衡状态D. 吉布斯自由能的变化（ΔG）与系统的温度和压力无关答案：D8. 相变是指物质在不同相态之间的转变，下列哪项描述是错误的？A. 相变过程中物质的化学性质不变B. 相变过程中物质的物理性质会发生变化C. 相变过程中物质的熵值不变D. 相变过程中物质的体积可能会发生变化答案：C9. 热力学中的临界点是指物质的气液两相在该点的物理性质完全相同。
热力学基础知识点总结
热力学是研究能量转化与传递规律的科学，主要包括以下基础知识点：
1. 系统与环境：热力学研究的对象是一个被称为系统的物体、组织或区域，而系统与其周围的一切被称为环境。
2. 状态量与过程量：状态量是描述系统状态的量，如温度、压力、体积等，它们只依赖于系统的初始和最终状态；而过程量是描述系统变化过程中的性质，如热量、功等。
3. 热平衡与温度：当两个物体处于热平衡时，它们之间不存在热量的净传递，此时它们的温度相等。
4. 热传递与热传导：热传递是指热量从高温物体流向低温物体的过程，可以通过热传导、辐射和对流等方式实现。
热传导是通过物质分子间的碰撞传递热量的过程。
5. 热容与比热容：热容是指物体吸收或释放单位温度变化所需的热量，而比热容是单位质量物质所需的热量。
6. 理想气体状态方程：理想气体状态方程描述了理想气体的压力、体积和温度之间的关系，常用的方程有理想气体状态方程
（PV=nRT）和绝热过程公式（PV^γ=常数）。
7. 熵与熵增：熵是描述系统无序度的物理量，熵增原理表明在孤立系统中，熵总是增加的。
8. 热力学第一定律：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表现，它表明能量可以从一个形式转化为另一个形式，但总能量守恒。
9. 热力学第二定律：热力学第二定律是描述热量传递方向性的原理，它指出热量只能从高温物体传递到低温物体，不会自发地从低温物体传递到高温物体。
10. 吉布斯自由能：吉布斯自由能是描述系统在恒温、恒压条件下的可用能量，通过最小化吉布斯自由能可以预测系统的平衡态。
这些是热力学基础知识点的概述，它们在热力学的研究和应用中扮演着重要的角色。
第11章热力学基础教学基本要求1．掌握热力学过程、功、内能、热量、热容量、可逆过程、正循环、逆循环、卡诺循环等概念。
2．掌握热力学第一定律的意义，并能熟练将它运用于理想气体各等值变化过程的分析计算。
3．掌握循环效率的特征，并能计算热循环、致冷循环的效率和致冷系数。
4、理解热力学第二定律的本质，理解实际的宏观过程的不可逆性的意义。
5、理解玻尔兹曼关于熵与热力学概率的关系式。
理解熵增加原理，能进行熵变计算。
教学内容提要热力学是根据实验和观察总结出来的热现象规律。
它从能量的观点出发，研究物质状态变化过程中有关热功转换的关系以及过程进行的方向等，热力学是宏观理论。
引入内能、体积功的概念，给出了状态变化过程中功、热量、内能三者之间的关系；介绍了热循环、致冷循环的特征；阐述了热力学第二定律的意义；介绍了热力学概率和熵的概念以及熵增加原理。
1．基本概念（1）气体分子内能),(T V E E = 理想气体内能RT iM M T E E mol 2)(== （2）准静态过程的功，也等于P －V 图上之间过程曲线下面的面积。
（3）热量的计算 dT C M MdQ m mol=其中m C 为摩尔热容量。
等体摩尔热容量m ol V C ,和等压摩尔热容量m ol p C ,关系为迈耶公式：R C C m ol V m ol p +=,, 2．热力学第一定律热力学第一定律是热学范围内的能量守恒定律。
或表明系统从外界吸收的热量，一部分用于增加内能，一部分用于对外做功。
3．热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用4．循环循环特征 ，等于P －V 图上循环曲线所包围的面积。
（1）热循环 从高温热源吸热，向低温热源放热，对外做净功，热机效率（2）致冷循环 通过外界做功A ，从低温热源吸热，向高温热源放热，致冷系数2122Q Q Q A Q -='=净ε（3）卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的准静态循环。
卡诺热机效率 121T T -=η， 卡诺致冷机致冷系数 212T T T -=ε。
5．热力学第二定律热力学第二定律是自然界宏观热力学过程进行方向的普遍规律，指出一切自发宏观过程都不可逆。
（1）开尔文表述热不可能全部转变为功而不产生其他影响。
其等效的说法是，单热源热机或的热机不可能制成。
它指明了自发功热转换不可逆。
（2）克劳修斯表述热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
它指明了自发热传导不可逆。
凡是涉及功热转换或摩擦力做功、有限温差下的热传导和非准静态变化的热力学过程，都是不可逆过程。
实际过程都是不可逆过程。
6．热力学第二定律的统计意义孤立系统发生的过程，总是由包含微观态数目少的宏观态向着包含微观态数目多的宏观态方向变化。
或者说，任何自发发生的过程，都是沿着无序性增大的方向进行。
7．熵增加原理——热力学第二定律的数学表示热力学概率热力学系统宏观态所包含的微观态数。
熵系统无序性或混乱度大小的量度。
熵增加原理孤立系统和绝热系统内部发生的过程，总是沿着熵增加的方向进行等号和不等号分别对应于可逆过程和不可逆过程。
重点和难点分析1.内能、功、热量内能是由物质系统内部状态决定的能量，内能是状态的单值函数。
实际气体内能是所有分子热运动的动能和分子的势能之总和，而动能与温度有关，势能与体积有关，故内能是温度和体积的单值函数，即)E 。
对于理想气体，忽略分子间相互作用，故内能仅是温E(V,T度的函数，)(T E E =，即RT iM M E mol 2=。
在实际计算中，只需计算内能的变化量)(2)(1212,T T R iM M T T C M M E mol mol V mol -=-=∆ 做功和热传递都能使热力学系统状态发生变化，因而内能发生改变。
在这一点上做功和热传递使等效的，但它们在本质上存在差异：“做功”是外界有序的机械运动能量与系统分子无序热运动能量之间的转换，而“热传递”是外界分子无序热运动能量与系统内分子的无序运动能量之间的传递。
功和热量都是过程量。
2. 热力学第一定律热力学第一定律是包含热现象在内的能量守恒与转换定律。
其数学表达式为A E Q +∆= 或dA dE dQ +=要明确公式中的符号规定：吸热Q 为正，放热Q 为负；系统对外做功A 为正，外界对系统做功A 为负。
公式中各物理量的单位统一用国际单位制。
热力学第一定律运用理想气体各等值变化过程的计算中，首先要熟悉各理想气体等值过程的特征。
然后抓住三个基本公式：（1）A E Q +∆= （2）⎰=21V V pdv A（3）)(12T T C M MQ m mol-=（m C 等体为mol v C ,，等压为m ol p C ,） 最后与气体的过程方程和理想气体状态方程联立求解。
3．循环过程系统从某一状态出发，经过一系列状态变化过程后，又回到原来出发时的状态，这样的过程叫循环过程。
其特征是：工作物质经一循环过程变化0=∆E ；所有准静态过程的状态变化过程在V p -图上形成一条闭合曲线，系统循环一次所做净功就等于循环过程曲线所围面积。
在一正循环中，由热力学第一定律有净A Q Q =-21即系统从高温热源吸收的热量1Q 减去向低温热源放出的热量2Q 就是系统所做的净功。
于是热机的效率为1211Q Q Q A -=净＝η 由于净A 、1Q 和2Q 与过程有关，所以效率η与过程有关。
因此，人们力求寻找一种最佳的循环过程来提高热机效率。
理论证明卡诺可逆热机效率最高，其循环效率为121T T -=η 而要完成一个卡诺循环，必须有高、低两个热源。
提高热机效率最有效的途径是提高高温热源的温度。
4．热力学第二定律热力学第一定律的实质是能量转化和守恒定律，说明任何物理过程中能量必须守恒，但它不能反映热力学过程进行的方向和条件。
而热力学第二定律是独立于第一定律的另一条基本规律，它是反映物理过程进行方向的规律。
它说明，满足能量守恒的过程不一定能实现。
它指明了自然界自发发生的物理过程是有一定方向的，即一切与热现象有关的实际宏观过程是不可逆的。
一般说来，一个不受外界影响的孤立系统，其内部发生的过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行，即由包含微观态数少的宏观状态向包含微观态数多的宏观状态进行。
5．熵热力学第二定律是有关过程进行方向的规律。
因此，我们可以引入一个新的物理量，用它来判断和确定在一定条件下过程进行的方向。
由热力学第一定律确定了态函数内能，同样由热力学第二定律可确定态函数熵，其与热力学概率Ω的关系为Ω=ln k S ，k 为玻尔兹曼常数系统所含微观态数目越多，则其熵就越大。
因此，我们可以将熵S 看成是系统无序性大小的量度，这就是熵的微观意义。
熵是态函数，其变化只与系统宏观态的变化有关，而与具体过程无关。
设计一可逆过程，其微小过程的熵变表示为TdQdS =式中，dQ 代表系统在任意微小得可逆过程中吸收得热量。
注意到热力学第一定律得微分形式pdV dE dQ +=，上式又可写为TpdVdE dS +=所以整个过程的熵变为⎰+=-=∆2112TpdVdE S S S 对于不可逆过程，可以设计一个可逆过程，将始末两个状态连接起来，然后，沿此可逆过程来计算熵变。
孤立系统中的可逆过程，其熵不变；孤立系统中的不可逆过程，其熵变要增加，这就是熵增加原理。
例题分析例11.1 如例11.1图所示，一系统由状态a 沿acb 到达状态b 的过程中，有350 J 热量传入系统，而系统作功126 J ． (1)若沿adb 时，系统作功42 J ，问有多少热量传入系统?(2)若系统由状态b 沿曲线ba 返回状态a 时，外界对系统作功为84 J ，试问系统是吸热还是放热?热量传递是多少?例11.1图解：（1）由abc 过程可求出b 态和a 态的内能之差 A E Q +∆=224126350=-=-=∆A Q E Jabd过程，系统作功42=A J26642224=+=+∆=A E Q J 系统吸收热量（2）ba 过程，外界对系统作功84-=A J30884224-=--=+∆=A E Q J 系统放热例11.2 理想气体由初状态),(11V p 经绝热膨胀至末状态),(22V p ．试证过程中气体所作的功为12211--=γV p V p A ，式中γ为气体的比热容比.证明： 由绝热方程C V p V p pV ===γγγ2211 得γγV V p p 111= ⎰=21d V V V p A⎰-----==21)11(1d 11121111V V r V V V p v v V p A γγγγγ]1)[(112111---=-γγV V V p 又 )(1111211+-+----=γγγγV V V p A112221111--=+-+-γγγγγV V p V V p所以 12211--=γV p V p A例11．3 1mol 某双原子分子理想气体做例11.3图所示的循环。
求：（1）A ，B ,C 三态的温度；（2）一个循环过程中，系统对外做的功；（3）A –B 过程中的平均摩尔热容量AB C ；（4）循环效率。
解 （1）由理想气体状态RT pV γ=，式中molM M=γ，得 1002.8===RR V p T A A A γ K 同理，有2002==A C T T K ，6006==A B T T K （2）一个循环得功为ABC ∆的面积，即))((21A B A B V V p p A --=831221==⨯⨯=A A A RT V p J（3）B A →过程中气体内能的变化 A A A B mol V A B RT T R T T C E E E 225525)(,=⨯=-=-=∆ B A →过程中气体所做的功A A A AB B A AB RT V p V V p p A 2421))((21=⨯⨯=-+= B A →过程中气体吸收的热量 由 A E Q +∆= 得 A AB AB RT A E Q 229=+∆= B A →过程中的平均摩尔热容量 因为 )(A B AB AB T T C Q -= 所以 R T RT T T Q C A AA B AB AB10295229==-= （4）C B →为放热，A C →为放热，B A →为吸热，故 A AB RT Q Q 229==吸 所以 %89.6292229===A A RT RT Q A ＝吸η 例11.4 1.5mol 氧气在400 K 和300 K 之间做卡诺循环。
已知循环中的最小体积为0.012 m 3，最大体积为0.018 m 3，计算气体在此循环中做的功及从高温热源吸收的热量和向低温热源放出的热量。
解 由题意知，4001=T K ，3002=T K ，012.0=a V m 3,048.0=C V m 3,5.1=molM M,4.1=γ。
