第十三章热力学基础第1节 准静态过程 功 热量

第十三章 热力学基础
物理学
第五版
13-1 准静态过程 功 热量
准静态过程的过程曲线 因为状态图中任何一点都表示系统的一个平衡态，故准 静态过程可用系统的状态图（p-V 图、p-T 图、V-T 图） 中一条过程曲线表示。
P
等温过程
等容过程
等压过程
改变系统状态的方法： 作功：力学平衡破坏下 的能量转移 传热：热学平衡破坏下 的能量转移
传热的微观本质是分子无规则热运动间的平均动 能通过分子碰撞的传递。 传热过程中分子无规则热运动动能传递的总大小 为热量。 dQ 0 表示系统从外界吸热； 2.热量 dQ 0 表示系统向外界放热。 准静态过程中传递的热量是过程量。 3.热量的单位 在SI制中：焦耳(J)
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功与热量的异同
13-1 准静态过程 功 热量
(1)做功和传热的大小不但与系统的初、末态有关,而且 与过程有关,它们都是过程量,不是状态量,因而微量功和 微量传热分别写成 dW 和dQ,它们不是全微分. (2)等效性：改变系统热运动状态作用相同； 1cal=4.18J， 1J=0.24cal (3)功与热量的物理本质不同 . 热量和功是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能 量传递形式。微观上做功表现为分子有规则运动（机 械运动）和分子无规则热运动间能量的转换；热传递 实际上是分子无规则热运动间能量的传递。 功 分子热运动 宏观运动 热量 分子热运动 分子热运动 第十三章 热力学基础
功是过程量
(p1 ,V1 )
p
(p1 ,V1 )
(p2 ,V2) A2 V
p
O
A3
(p2 ,V2) V
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T1功 T1 ≠准静态过程 T2 =T 13-1 热量 2
1.传热
三、热 量(过程量)
A
B
A
B
传热也是热力学系统与外界交换能量的一种方式，是在热学相互 作用过程（热学平衡条件破坏（存在温度差））中产生的。传热 也是系统状态发生变化的过程。热量通过传热方式传递能量的量 度，系统和外界之间存在温差而发生的能量传递 .
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13-1 准静态过程 功 热量
p
3.功的图示法求解
dW pdV 元功：
总功： W dW pdV
V1 V1 V2 V2
0 V1
dA
V V+dV V2
V
功的量值等于 p-V 图中，过程曲线下面的面积。 状态发生相同变化所经不同过程中的功:
p (p1 ,V1 ) A1 O (p2 ,V2) V O
p
砂子
活塞 气体
p1
p2
1 ( p1,V1, T1 )
2 ( p2 ,V2 , T2 )
V2
o V1 第十三章 热力学基础
V
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13-1 准静态过程 功 热量
系统状态的改变可通过非准静态过程和准静态过程来实 现，例如：系统（T1）从 外界（T2）吸热温度升至 T2
方法 1：让系统直接与温度为 T2 的热源接触，进行非等温热传导， 系统较快经非平衡态到达最终的温度为T2 平衡态。此过程 为非准静态过程。 方法 2：让系统分别与无数温度位于 T1 与 T2 之间并相差一无限小 量 △T 的热库接触，使热库温度总比系统高一无限小量 △T， 这样可使系统温度缓慢从 T1 升至 T2，每一小步的热 系统 T1 传导可看作等温热传导，系 统每时每刻处于平衡态，此 过程为准静态过程。 T1+△T T1+2△T T1+3△T T2
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准静态过程 热力学过程 非准静态过程
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13-1 准静态过程 功 热量 非平衡态
平衡态 真空
平衡态
非准静态过程：其中间状态都是非平衡态，系统没有统 一的参量，所以不能用状态参量来描述。驰豫时间 。
一、准静态过程（理想化的过程）
准静态过程：如果实际过程无限缓慢进行时，即过程中 每一中间状态都无限接近平衡态。 准静态过程与非准静态过程区别：过程进行的快慢； 准静态过程是一种理想情况, 人工方法获得； 自发过程是非准静态过程。
13-1 准静态过程 功 热量 热力学系统：要含有大量原子、分子或其它微观粒子， 体积有限的宏观物体。热力学研究的对象。 外界：热力学系统以外的物体。 系统分类：孤立系统，封闭系统，开放系统。 热力学过程：热力学系统从一个状态变化到另一个状态。 发生原因：偏离平衡条件。 平衡态：系统内部没有宏观的粒子和能量流动，系统的宏 观性质不随时间改变，可以用状态参量描述。处 于平衡态的状态应满足平衡条件。 平衡条件：系统和外界处于力学、热学、相和化学平衡。
循环过程
0
V
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13-1 准静态过程 功 热量
二、功（过程量）
1.功的概念 做功是热力学系统与外界交换能量的一种方式，是在力 学相互作用过程（力学平衡条件破坏）中产生的。系统 与外界交换能量的过程就是系统状态发生变化的过程。 功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动状态的 变化. 宏观运动能量 热运动能量 2.准静态过程功的计算 S dW Fdl pSdl u dW pdV p
W

V2
V1
pdV
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dl
5
注意：作功与过程有关
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注意百度文库
13-1 准静态过程 功 热量
设 W 表示系统对外界的功， 系统体积增大，系统对外界作正功。 系统体积减小，系统对外界作负功。 此体积功公式适用于无摩擦准静态过程的任何系统。 系统在准静态过程中对外界所做功的大小可表示为 p-V 状态图上此过程曲线（过程方程）下的面积。 过程方程不能理解为系统的状态方程。 做功是过程量，不是状态量，做功大小与过程方程 有关。 做功在微观上表现为分子有规则运动（机械运动） 和分子无规则热运动间能量的转换，这是通过分子 间碰撞实现的。