t1-热力学的基本规律.ppt

说 明 一、课程性质、教学目的、任务 热力学与统计物理是高等院校物理学专业学生的一门专业必修课。 本课程设置目的：使学生在热学课程学习的基础上，了解热力学与统计物理的发展史和基本原理在科学领域中的应用，学会应用热力学与统计物理学的基本原理解释与其相关的物理现象。 通过本课程的学习，应达到以下要求： 1．使学生牢固掌握热力学与统计物理的基本概念、基本理论和基本方法。 2．能较灵活地运用热力学与.统计物理学的一些基本概念、基本规律和基本公式，解决一些基本的典型性问题，加深理论对实际问题指导作用的认识。 3．提高运用数学知识解决物理问题的能力。进一步掌握统计物理的分析原理以及相应的分析方法。 4．为后续的量子力学和固体物理课程教学奠定基础。 教材及参考书目： 1．汪志诚， 《热力学?统计物理》 （高等教育出版社2003年） 2．龚茂枝， 《热力学》 （武汉大学出版社2001年） 3．龚昌德， 《热力学与统计物理》（高等教育出版社1988年） 4．马本堃等，《热力学与统计物理》（高等教育出版社1988年） 5．徐树山等，《热力学与统计物理》（北师大出版社 2002年） 6．薛增泉， 《热力学与统计物理》（北京大学出版社2000年） 7．王竹溪， 《统计物理导论》 （人民教育出版社1979年） 8．王竹溪， 《热力学》 （人民教育出版社1979年） 导 言 1.热运动： 大量微观粒子的无规则运动。 2.任务与研究对象： 热力学与统计物理是研究自然界中热现象和物质热性质的科学，它们的任务是研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。 热力学与统计物理所研究的对象是由大量微观粒子组成的有限的宏观物质系统。 3.方法： 研究热运动有两种方法：热力学方法、统计物理学方法。 一、热力学方法 热力学是热运动的宏观理论，特点是：不考虑系统的微观状态，将系统看作连续的整体，从物质的的宏观能量转化的观点来研究物质的热性质。 它通过对热现象的观测、实验和分析以及由此总结出来的几条基本规律为基础，将这几条基本规律应用到具体系统上，通过严密的数学推力、演绎，导出宏观物理量之间关系及其变化规律的，还可以判断过程进行的方向和限度。 第一章 热力学的基本定律 1．导言、热力学系统的平衡状态及其描述 2．热平衡定律和温度 3．物态方程 4．功 5．热力学第一定律 6．热容量和焓 7．理想气体的内能 8．理想气体的绝热过程 9．理想气体的卡诺循环 10．热力学第二定律 11．卡诺定律 12．热力学温标 13．克劳修斯等式和不等式 14．熵和热力学基本方程 15．理想气体的熵 16．热力学第二定律的普遍表述 17．熵增加原理的简单应用 18．自由能和吉布斯函数 教学目的 本章属本课程的理论基础部分 本章在讨论热力学系统的平衡状态及其描述的基础上，介绍热力学第零定律、第一定律、第二定律。同时，引入温度、功和热量、平衡态、熵等概念；利用热力学基本方程求解理想气体物态方程、内能、焓、热容量以及理想气体绝热过程方程；并将熵增原理用于各种可逆和不可逆过程熵差的计算。 教学要求 1．理解热力学方法的特点、偏导数运算规则 2．熟练掌握物态方程的确定和系统熵函数的计算 3．掌握描述系统系统状态变化的方向的函数 重点难点 1．偏导数运算规则 2．系统状态变化方向的确定 用定容气体温度计或定压气体温度计来实现 三、热量 若系统经历的过程不是绝热过程，则： 其中Q是系统在过程中以热量的形式从外界吸收的热量。 单位为焦耳 。 2．而功和热量是在过程中传递的能量，是过程量，与过程有关。不是完整微分。 3．热力学第一定律是能量守恒定律，表达了能量只能转化和转移而不能产生和消失的本质。因此说明了第一类永动机是不可能造成的。 4. 对非静态过程也适用。 5. 内能是广延量。 6. 非平衡状态，将系统划分为很多小的部分，每部分可处在平衡状态，有内能Ui，则系统的内能为各部分的内能的和。 能量守恒定律的表述： 自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递和转化过程中能量的数量不变。 由 三、γ 的测定—声速公式 牛顿的声速公式为： 所以 其中α是声速，p是压强，ρ是介质的密度。 2. 可逆与不可逆过程 不可逆过程： 如果一个过程发生后不能使一切都恢复原状，这样的过程称为不可逆过程。自然界中与热有关的实际过程都是不可逆过程。 可逆过程：