第9章 热力学基

础

一. 基本要求

1. 理解平衡态、准静态过程的概念。

2. 掌握内能、功和热量的概念。

3. 掌握热力学第一定律，能熟练地分析、计算理想气体在各等值过程中及绝热过程中的功、热量和内能的改变量。

4. 掌握循环及卡诺循环的概念，能熟练地计算循环及卡诺循环的效率。

5. 了解可逆过程与不可逆过程的概念。

6. 解热力学第二定律的两种表述，了解两种表述的等价性。

7. 理解熵的概念，了解热力学第二定律的统计意义及无序性。

二. 内容提要

1. 内能 功 热量

内能 从热力学观点来看，内能是系统的态函数，它由系统的态参量单值决定。对于理想气体，其内能E仅为温度T的函数，即

当温度变化ΔT时，内能的变化

功 热学中的功与力学中的功在概念上没有差别，但热学中的作功过程必有系统边界的移动。在热学中，功是过程量，在过程初、末状态相同的情况下，过程不同，系统作的功A也不相同。

系统膨胀作功的一般算式为

在p—V图上，系统对外作的功与过程曲线下方的面积等值。

热量 热量是系统在热传递过程中传递能量的量度。热量也是过程量，其大小不仅与过程、的初、末状态有关，而且也与系统所经历的过程有关。

2. 热力学第一定律 系统从外界吸收的热量，一部分用于增加内能，一部分用于对外作功，即

热力学第一定律的微分式为

3. 热力学第一定律的应用——几种过程的A、Q、ΔE的计算公式

（1）等体过程 体积不变的过程，其特征是体积V =常量；其过程方程为

在等体过程中，系统不对外作功，即AV?0。等体过程中系统吸收的热量与系统内

能的增量相等，即

(2) 等压过程 压强不变的过程，其特点是压强p =常量；过程方程为

在等压过程中，系统对外做的功

系统吸收的热量 QP?MCP(T2?T1) Mmol式中CP?CV?R为等压摩尔热容。

（3）等温过程 温度不变的过程，其特点是温度T=常量；其过程方程为

pV=常量

在等温过程中，系统内能无变化，即

（4）绝热过程 不与外界交换热量的过程，其特点是dQ=0，其过程方程

pVγ=常量 在绝热过程中，系统对外做的功等于系统内能的减少，即

7. 循环过程 系统从某一状态出发，经过一系列状态变化后又回到了初始状态的整个变化过程。其特点是内能变化为零，即

在循环过程中，系统吸收的净热量（吸收热量Q1与放出热量Q2之差。注意这里及以后的Q2均指绝对值）与系统对外做的净功（系统对外作的功A1与外界对系统作的功A2之差）相等，即

若循环沿过程曲线的顺时针方向进行(称为热循环)，则其效率

8. 卡诺循环 由两个等温过程和两个绝热过程组成的循环，其效率

习 题

9-1有两个相同的容器，容积固定不变，一个盛有氦气，另一个盛有氢气（看成刚性分子的理想气体），它们的温度和压强都相等，现将5J的热量都传给氢气，使氢气温度升高，如果使氦气也升高同样的温度，则应向氦气传递的热量是：

（A）6J （B）5J （C） 3J （D） 2J [ ]

9-2一定量的某种理想气体起使温度为T，体积为V，该气体在下面循环过程中经过下列三个平衡过程：（1）绝热膨胀到体积为2V，（2）等容变化使温度恢复为T，（3）等温压缩到原来体积V，则此整个循环过程中

（A）气体向外界放热。 （B）气体对外作正功。

（C）气体内能增加。 （D）气体内能减少。 [ ]

9-3 一定量的理想气体经历acb过程时吸热200J，则经历acbda过程时吸热为

（A）-1200J （B）-1000J P（×105Pa） （C）-700J （D）1000J a d [ ]

4 9-4一定质量的理想气体完成 c程，此过程在V—T图中用图线 1 描写，该气体在循环过程中吸热、放热

e b（A）在1?2、3?1过程吸热，放热。

O 1 4 V（×10-3m3） （B）在2?3过程吸热，在1?2，热 。

（C）在1?2过程吸热，在2?3，3?1过程放热。（D）在2?3，3?1过程吸热，在1?2过程放热。 一个循环过1?2?3?1的情况是

在2?3过程

3?1过程放

[ ]