1、熱學 電子教案,PowerPoint 版 作者：安宇 (分子運動論部分參照了 陳信義編的Word版內(nèi)容）,清華大學物理系基礎教研室,大學物理,第三章 熱力學第一定律, 3.1 準靜態(tài)過程 3.2 功、熱、內(nèi)能 3.3 熱力學第一定律 3.4 熱容量 3.5 理想氣體的絕熱過程 3.6 循環(huán)過程 3.7 卡諾循環(huán) 3.8 致冷機,3.1 準靜態(tài)過程 Quasi-static process,過程中的每一狀態(tài)都是平衡態(tài) (Equilibrium state ),系統(tǒng)狀態(tài)的變化就是過程。,不受外界影響時，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變。,舉例1：外界對系統(tǒng)做功,過程無限緩慢,非平衡態(tài)到平衡態(tài)的過渡時間，

2、即弛豫時間，約 10 -3 秒 ，如果實際壓縮一次所用時間為 1 秒，就可以說 是準靜態(tài)過程。,外界壓強總比系統(tǒng)壓強大一小量 P ， 就可以 緩慢壓縮。,舉例2：系統(tǒng)（初始溫度 T1）從 外界吸熱,系統(tǒng) 溫度 T1 直接與 熱源 T2接觸，最終達到熱平衡，不是 準靜態(tài)過程。,因為狀態(tài)圖中任何一點都表示系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，故準靜態(tài)過程可以用系統(tǒng)的狀態(tài)圖，如P-V圖（或P-T圖，V-T圖）中一條曲線表示，反之亦如此。,3.2 功、熱、內(nèi)能(Work, Heat, Internal energy),做功可以改變系統(tǒng)的狀態(tài) 摩擦升溫（機械功）、電加熱（電功） 功是過程量,摩擦功：,電功：,通常：,微量功

3、 = 廣義力 廣義位移,準靜態(tài)過程氣體對外界做功：,總功：,系統(tǒng)和外界溫度不同，就會傳熱，或稱能量交換， 熱量傳遞可以改變系統(tǒng)的狀態(tài)。,微小熱量 ：, 0 表示系統(tǒng)從外界吸熱； 0 表示系統(tǒng)向外界放熱。,總熱量：,積分與過程有關 。,系統(tǒng)的內(nèi)能是狀態(tài)量 如同 P、V、T等量,理想氣體 ：,范德瓦爾斯氣體：,內(nèi)能的變化：,只與初、末態(tài)有關， 與過程無關。,熱量是過程量,3.3 熱力學第一定律 (The first law of thermodynamics),某一過程，系統(tǒng)從外界吸熱 Q，對外界做功 W，系統(tǒng)內(nèi)能從初始態(tài) E1變?yōu)?E2，則由能量守恒：,對無限小過程：,打開 閥門，水溫一直不變

4、問： 1）氣體吸熱？ 2）氣體溫度？ 3）氣體內(nèi)能？ 4）氣體做功？,3.4 熱容量(Heat capacity),摩爾熱容量 C ， 單位：J/mol K 比熱容 c ， 單位：J/kg K,為過程量,定壓熱容量 ：,定容熱容量 ：,也可以是其它過程,理想氣體準靜態(tài)等容過程：,定壓過程：,邁耶公式,比熱容比 ,用值和實驗比較，常溫下符合很好，多原子分子氣體則較差， 見教材p97 表3.1；,經(jīng)典理論有缺陷，需量子理論。 低溫時，只有平動，i=3； 常溫時，轉動被激發(fā)， i=3+2=5； 高溫時，振動也被激發(fā)， i=3+2+2=7。,3.5 理想氣體的絕熱過程(Adiabatic proces

5、s of the ideal gas),理想氣體準靜態(tài)絕熱過程,微分得：,氣體絕熱自由膨脹,Q=0， W=0，E=0,3.6 循環(huán)過程(Cyclical process),一系統(tǒng)，或工作物質(zhì)，簡稱工質(zhì)，經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個過程叫循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。 一般從高溫熱庫吸熱Q1，對外做凈功W，向低溫熱庫放熱Q2（只是表示數(shù)值），W=Q1 - Q20則為正循環(huán)； 反之為逆循環(huán)。,正循環(huán)過程對應熱機， 逆循環(huán)過程 對應致冷機。,熱機效率： (efficiency),致冷系數(shù)： (Coefficient of performance),循環(huán)為準靜態(tài)過程，在狀態(tài)圖中對應閉合曲線。,3.7 卡諾循環(huán)(Carnot cycle),準