準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程功熱量如果系統(tǒng)A和系統(tǒng)B分別與系統(tǒng)C的同一狀態(tài)處于熱平衡，那么當(dāng)A和B接觸時(shí)，它們也必定處于熱平衡。這個(gè)規(guī)律叫做熱力學(xué)第零定律兩個(gè)（或多個(gè)）熱力學(xué)系統(tǒng)處于同一熱平衡狀態(tài)時(shí)，它們必然具有某種共同的宏觀性質(zhì)。我們將這一共同的宏觀性質(zhì)稱為系統(tǒng)的溫度.一、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程1、熱力學(xué)過(guò)程當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化時(shí)，我們就說(shuō)系統(tǒng)在經(jīng)歷一個(gè)熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱過(guò)程。推進(jìn)活塞壓縮汽缸內(nèi)的氣體時(shí)，氣體的體積、密度、溫度或壓強(qiáng)都將變化2、非靜態(tài)過(guò)程在熱力學(xué)過(guò)程的發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)往往由一個(gè)平衡狀態(tài)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化后到達(dá)另一平衡態(tài)。如果中間狀態(tài)為非平衡態(tài)，則此過(guò)程稱非靜態(tài)過(guò)程。從平衡態(tài)破壞到新平衡態(tài)建立所需的時(shí)間稱為弛豫時(shí)間。3、準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程如果一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)過(guò)程在始末兩平衡態(tài)之間所經(jīng)歷的之中間狀態(tài)，可以近似當(dāng)作平衡態(tài)，則此過(guò)程為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程只有在進(jìn)行的“無(wú)限緩慢”的條件下才可能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于實(shí)際過(guò)程則要求系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的特征時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于弛豫時(shí)間才可近似看作準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。說(shuō)明：系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)變化過(guò)程可用pV圖上的一條曲線表示，稱之為過(guò)程曲線。二、功當(dāng)氣體作無(wú)摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹或壓縮時(shí)，為了維持氣體的平衡態(tài)，外界的壓強(qiáng)必然等于氣體的壓強(qiáng)。系統(tǒng)對(duì)外界所作的功等于pV

圖上過(guò)程曲線下面的面積說(shuō)明系統(tǒng)所作的功與系統(tǒng)的始末狀態(tài)有關(guān)，而且還與路徑有關(guān)，是一個(gè)過(guò)程量。氣體膨脹時(shí)，系統(tǒng)對(duì)外界作功氣體壓縮時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功作功是改變系統(tǒng)熱力學(xué)能的一種方法本質(zhì)：通過(guò)宏觀位移來(lái)完成的：機(jī)械運(yùn)動(dòng)→分子熱運(yùn)動(dòng)VOPdVV1V2PV12APV(P1,V1)(P2,V2)A2初、末態(tài)相同，過(guò)程不同，功不同PV(P1,V1)(P2,V2)A3功是過(guò)程量三、熱量2、定義系統(tǒng)與外界之間由于存在溫度差而傳遞的能量叫做熱量。3、本質(zhì)外界與系統(tǒng)相互交換熱量。分子熱運(yùn)動(dòng)→分子熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)明熱量傳遞的多少與其傳遞的方式有關(guān):導(dǎo)熱、對(duì)流、熱輻射

熱量的單位：焦耳ABT1T2≠ABTT=焦耳熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)熱力學(xué)能(內(nèi)能)熱力學(xué)第一定律一、內(nèi)能熱力學(xué)系統(tǒng)的能量取決于系統(tǒng)的狀態(tài)——熱力學(xué)能（內(nèi)能）。說(shuō)明1、理想氣體的熱力學(xué)能僅是溫度的函數(shù)2、熱力學(xué)能的變化是通過(guò)系統(tǒng)與外界交換熱量或外界對(duì)系統(tǒng)作功來(lái)實(shí)現(xiàn)的3、系統(tǒng)熱力學(xué)能的增量只與系統(tǒng)起始與終了位置有關(guān)，而與系統(tǒng)所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān)二、熱力學(xué)第一定律1、內(nèi)容在某一過(guò)程中，外界對(duì)系統(tǒng)做的功(–A)與系統(tǒng)吸收的熱量(Q)的總和，應(yīng)該等于系統(tǒng)熱力學(xué)能U的增量

2、本質(zhì)熱力學(xué)第一定律是包括熱現(xiàn)象在內(nèi)的能量守恒定律，對(duì)任何物質(zhì)的任何過(guò)程都成立。對(duì)于微小過(guò)程或者3、說(shuō)明符號(hào)規(guī)定：熱量Q：正號(hào)——系統(tǒng)從外界吸收熱量負(fù)號(hào)——系統(tǒng)向外界放出熱量功A：正號(hào)——系統(tǒng)對(duì)外界作功負(fù)號(hào)——外界對(duì)系統(tǒng)作功內(nèi)能ΔU：正號(hào)——系統(tǒng)能量增加負(fù)號(hào)——系統(tǒng)能量減小計(jì)算中，各物理量的單位是相同的，在SI制中為J三、熱力學(xué)第一定律的另一種表述1、第一類永動(dòng)機(jī)不需要外界提供能量，也不需要消耗系統(tǒng)的熱力學(xué)能，但可以對(duì)外界作功。2、熱力學(xué)第一定律的另一種表述第一類永動(dòng)機(jī)是不可能造成的。第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律，因而是不可能實(shí)現(xiàn)的例：如圖，系統(tǒng)沿過(guò)程曲abc線變化到c態(tài)，共吸收熱量500J，沿過(guò)程曲線cda回到a態(tài)，向外放熱300J，外界對(duì)系統(tǒng)做功200J，求系統(tǒng)在abc過(guò)程中系統(tǒng)的熱力學(xué)能增量及對(duì)外所做的功所以abc過(guò)程中熱力學(xué)能增加100J，系統(tǒng)對(duì)外做功400J。理想氣體的等值過(guò)程一、等溫過(guò)程特點(diǎn)：理想氣體的溫度保持不變，T=const過(guò)程曲線：在PV圖上是一條雙曲線，叫等溫線。過(guò)程方程：pV熱力學(xué)能、功和熱量的變化系統(tǒng)從外界吸收的熱量，全部用來(lái)對(duì)外作功。恒溫?zé)嵩碩T＝恒量QT氣體的等溫膨脹dT=0PV=contoP1V1V2P2等溫過(guò)程中功的計(jì)算IIIdvP等溫膨脹:A>0,Q>0系統(tǒng)吸熱;等溫壓縮:A<0,Q<0系統(tǒng)放熱.二、等容（體）過(guò)程定容（體）摩爾熱容1、等體過(guò)程特點(diǎn)：理想氣體的體積保持不變，V=const過(guò)程曲線：在PV圖上是一條平行于p軸的直線，叫等體線。熱力學(xué)能、功和熱量的變化特征：系統(tǒng)對(duì)外界不作功，系統(tǒng)吸收的熱量全部用來(lái)增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能。過(guò)程方程：三、等壓過(guò)程定壓摩爾熱容1、等壓過(guò)程特點(diǎn)：理想氣體的壓強(qiáng)保持不變，p=const過(guò)程曲線：在PV圖上是一條平行于V軸的直線，叫等壓線。特征：系統(tǒng)吸收的熱量一部分用來(lái)增加系統(tǒng)的熱力學(xué)能，另一部分使系統(tǒng)對(duì)外界作功。過(guò)程方程：熱力學(xué)能、功和熱量的變化PP熱力學(xué)能增量氣體的摩爾熱容量1、定容（體）摩爾熱容定義1mol理想氣體在等體過(guò)程中，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，稱為該物質(zhì)的定容（體）摩爾熱容。等體過(guò)程的熱量公式系統(tǒng)吸收熱量系統(tǒng)放出熱量氣體熱力學(xué)能的增量2、定壓摩爾熱容定義1mol理想氣體在等壓過(guò)程中，溫度升高1K時(shí)所吸收的熱量，稱為該物質(zhì)的定壓摩爾熱容。系統(tǒng)吸收熱量系統(tǒng)放出熱量Mayer公式由狀態(tài)1到狀態(tài)2系統(tǒng)內(nèi)能增量為：解：由于系統(tǒng)所經(jīng)歷的過(guò)程都是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，我們可以把系統(tǒng)的狀態(tài)變化用p-V圖表示o2(1)根據(jù)已知條件，作p-V圖，求出I、II、III及IV點(diǎn)的壓強(qiáng)p、體積V和溫度TJTTRim0UUQ1246)(223232=-M=-=o2o2.3mol溫度為T0=273K的理想氣體，先經(jīng)等溫過(guò)程體積膨脹到原來(lái)的5倍，然后等容加熱，使其末態(tài)的壓強(qiáng)剛好等于初始?jí)簭?qiáng)，整個(gè)過(guò)程傳給氣體的熱量為8×104J，試畫出此過(guò)程的P—V圖.的值。求：此過(guò)程的比熱容比解：P—V

圖如右所示，pp0VOV05V0T0T末態(tài)溫度為T=5T0，等溫過(guò)程：等容過(guò)程：由Q=QT+QV=QT+3276CV得：CV,m=（Q-QT）/3276=21.1J/mol.kpp0VOV05V0T0T二、絕熱過(guò)程1、絕熱過(guò)程特點(diǎn)：系統(tǒng)與外界沒(méi)有熱量交換的過(guò)程，Q=0。熱力學(xué)能和功的變化特征：在絕熱過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外界所作的功是由于系統(tǒng)內(nèi)能的減少來(lái)完成的。2、絕熱方程推導(dǎo)：對(duì)絕熱過(guò)程，由熱力學(xué)第一定律對(duì)于理想氣體考慮將上式與理想氣體的狀態(tài)方程結(jié)合即可得另外兩式。絕熱過(guò)程計(jì)算功的方法將絕熱方程代入得三、絕熱線和等溫線絕熱線等溫線斜率斜率因?yàn)?/p>

=CP/CV1，所以絕熱線比等溫線更陡該過(guò)程既是等溫過(guò)程，又是絕熱過(guò)程，但不是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。四、理想氣體絕熱自由膨脹過(guò)程oBC準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程過(guò)程例分析：求絕熱過(guò)程的功，有兩種方法，一是找出壓強(qiáng)隨體積變化的函數(shù)關(guān)系，按功的計(jì)算式計(jì)算。二是求出系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化，按熱力學(xué)第一定律求解。

法一法二

代入數(shù)據(jù)得A=-22.8J五、多方過(guò)程實(shí)際上，氣體所進(jìn)行的過(guò)程，常常既不是等溫又不是絕熱的，而是介于兩者之間，可表示為

PVn=常量（n為多方指數(shù)）凡滿足上式的過(guò)程稱為多方過(guò)程。

n=1——

等溫過(guò)程

n=

——

絕熱過(guò)程

n=0——

等壓過(guò)程

n=——

等容過(guò)程一般情況1n，多方過(guò)程可近似代表氣體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)際過(guò)程。說(shuō)明：理想氣體的熱力學(xué)能增量為理想氣體的狀態(tài)方程對(duì)各種過(guò)程都成立。多方過(guò)程的功吸收熱量多方過(guò)程內(nèi)能的變化在熱機(jī)中被用來(lái)吸收熱量并對(duì)外作功的物質(zhì)叫工作物質(zhì)，簡(jiǎn)稱工質(zhì)。工質(zhì)往往經(jīng)歷著循環(huán)過(guò)程，即經(jīng)歷一系列變化又回到初始狀態(tài)。循環(huán)過(guò)程卡諾循環(huán)一、循環(huán)過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來(lái)狀態(tài)的過(guò)程叫作熱力學(xué)系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程，簡(jiǎn)稱循環(huán)。熱機(jī)在整個(gè)過(guò)程中對(duì)外凈做正功W，其數(shù)值為閉合曲線所圍面積循環(huán)過(guò)程沿順時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的循環(huán)稱為正循環(huán)。沿逆時(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行的循環(huán)稱為逆循環(huán)。二、熱機(jī)和制冷機(jī)1、循環(huán)過(guò)程的分類pVabcd正循環(huán)pVabcd逆循環(huán)2、熱機(jī)工作物質(zhì)作正循環(huán)的機(jī)器，稱為熱機(jī)，它是把熱量持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)化為功的機(jī)器。正循環(huán)的特征：一定質(zhì)量的工質(zhì)在一次循環(huán)過(guò)程中要從高溫?zé)嵩次鼰酫1，對(duì)外作凈功A，又向低溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌2。并且工質(zhì)回到初態(tài)，熱力學(xué)能不變。工質(zhì)經(jīng)一循環(huán)A=Q1-Q2由于熱機(jī)要向低溫?zé)嵩捶懦鲆徊糠譄崃?，熱機(jī)的效率小于1熱機(jī)效率逆循環(huán)的特征：制冷機(jī)經(jīng)歷一個(gè)逆循環(huán)后，由于外界對(duì)它作功，可以把熱量由低溫?zé)嵩磦鬟f到高溫?zé)嵩?。在一個(gè)循環(huán)中，外界作功A，從低溫?zé)嵩次諢崃縌2，向高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縌1。并且工質(zhì)回到初態(tài)，熱力學(xué)能不變。高溫?zé)嵩?/p>

T1低溫?zé)嵩?/p>

T2Q1Q2W3、制冷機(jī)工作物質(zhì)作逆循環(huán)的機(jī)器，稱為制冷機(jī)，它是把熱量從低溫?zé)嵩闯榈礁邷責(zé)嵩吹臋C(jī)器。三、卡諾循環(huán)法國(guó)工程師、熱力學(xué)的創(chuàng)始人之一。他創(chuàng)造性地用“理想實(shí)驗(yàn)”的思維方法，提出了最簡(jiǎn)單、但有重要理論意義的熱機(jī)循環(huán)——卡諾循環(huán)，創(chuàng)造了一部理想的熱機(jī)——卡諾熱機(jī)。1824年卡諾提出了對(duì)熱機(jī)設(shè)計(jì)具有普遍指導(dǎo)意義的卡諾定理，指出了提高熱機(jī)效率的有效途徑，揭示了熱力學(xué)的不可逆性，被后人認(rèn)為是熱力學(xué)第二定律的先驅(qū)。概念：卡諾循環(huán)過(guò)程由四個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程組成，其中兩個(gè)是等溫過(guò)程和兩個(gè)是絕熱過(guò)程組成。卡諾循環(huán)是一種理想化的模型。分類正循環(huán)——卡諾熱機(jī)逆循環(huán)——卡諾制冷機(jī)1、卡諾循環(huán)卡諾循環(huán)ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2A

B：等溫膨脹過(guò)程，體積由V1膨脹到V2，熱力學(xué)能沒(méi)有變化，系統(tǒng)從高溫?zé)嵩碩1吸收的熱量全部用來(lái)對(duì)外作功BC：絕熱膨脹，體積由V2變到V3，系統(tǒng)不吸收熱量，對(duì)外所作的功等于系統(tǒng)減少的熱力學(xué)能2、卡諾熱機(jī)：正循環(huán)卡諾熱機(jī)的四個(gè)過(guò)程CD：等溫壓縮過(guò)程：體積由V3壓縮到V4，熱力學(xué)能變化為零，系統(tǒng)對(duì)外界所作的功等于向低溫?zé)嵩碩2放出的熱量DA：絕熱壓縮絕熱壓縮過(guò)程：體積由V4變到V1，系統(tǒng)不吸收熱量，外界對(duì)系統(tǒng)所作的功等于系統(tǒng)增加的熱力學(xué)能。在一次循環(huán)中，系統(tǒng)對(duì)外界所作的凈功為

|A|=Q1-Q2T1T2Q1Q2WABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2理想氣體卡諾循環(huán)的效率只與兩熱源的溫度有關(guān)卡諾熱機(jī)效率應(yīng)用絕熱方程BC過(guò)程DA過(guò)程兩式比較工質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚?duì)它所作的功以熱量的形式傳給高溫?zé)嵩?，其結(jié)果可使低溫?zé)嵩吹臏囟雀停_(dá)到制冷的目的。吸熱越多，外界作功越少，表明制冷機(jī)效能越好。用制冷系數(shù)表示之。T1T2Q1Q2A3、卡諾制冷機(jī)：逆循環(huán)制冷機(jī)的工作原理制冷系數(shù)ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2四、奧托循環(huán)和斯特林循環(huán)1、奧托循環(huán)?；钊絻?nèi)燃機(jī)就是基于這種循環(huán)，常用的四沖程汽油發(fā)動(dòng)中的循環(huán)過(guò)程就是一個(gè)奧托循環(huán)。1–2絕熱（定熵）壓縮過(guò)程，2–3定容加熱過(guò)程，3–4絕熱（定熵）膨脹過(guò)程，4–1定容冷卻（放熱）過(guò)程奧托循環(huán)的熱效率奧托循環(huán)是理想化的循環(huán)，實(shí)際汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的效率要比奧托理想循環(huán)的效率低很多，只有一半或更小約25%左右。

壓縮比越高，效率也越高,但實(shí)際上受可燃?xì)怏w混合物爆震特性的限制，而且隨著壓縮比的提高，它對(duì)效率的影響越來(lái)越小，所以壓縮比不能取得過(guò)高，一般在6～10之間。此外，摩爾熱容比越大，效率也越高。

奧托循環(huán)的熱效率也可以表示為與壓縮比和比熱容比（取決于工質(zhì)的性質(zhì)）有關(guān)2、斯特林循環(huán)。又稱活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)。這種簡(jiǎn)化發(fā)動(dòng)機(jī)采用兩個(gè)氣缸。一個(gè)由外熱源（如火）進(jìn)行加熱，另一個(gè)由外部冷卻源（如冰）進(jìn)行制冷。兩個(gè)氣缸的氣腔相通，并通過(guò)連桿讓兩個(gè)活塞相連，其中連桿決定了活塞的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。1–2定溫壓縮過(guò)程，2–3定容加熱過(guò)程，3–4定溫膨脹過(guò)程，4–1定容冷卻過(guò)程理論上，斯特林循環(huán)的熱效率等于同溫限卡諾循環(huán)的效率例解：abc140VaVbV/1