1、第一次課：2學(xué)時(shí)1題目： 4.1理想氣體物態(tài)方程 準(zhǔn)靜態(tài)過程力學(xué)第一定律2目的：1 ）掌握理想氣體物態(tài)方程的幾種表述形式。2）掌握熱力學(xué)第一定律及應(yīng)用問題求解。一、引入課題：一、熱學(xué)研究對(duì)象及內(nèi)容.對(duì)象：熱現(xiàn)象：物質(zhì)中大量分子熱運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)。熱運(yùn)動(dòng)：物體由大量分子、原子組成，它們處于永恒的無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)之 中，這種無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的總體稱為熱運(yùn)動(dòng)。在熱學(xué)中，稱研究對(duì)象為熱力學(xué)系統(tǒng)。 熱力學(xué)系統(tǒng)：在熱學(xué)中，將被研究的宏觀物體和物體系稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)：由大量分子或原子組成的熱力學(xué)研究對(duì)象。外界：系統(tǒng)外的物體稱外界,孤立系：與外界沒有能量和物質(zhì)交換。,開系：與外界有能量和物質(zhì)交換。閉系：與外界有能量交

2、換而無(wú)物質(zhì)交換。.內(nèi)容：與熱現(xiàn)象有關(guān)的性質(zhì)和規(guī)律二、熱學(xué)的研究方法.宏觀描述方法-熱力學(xué)方法由實(shí)驗(yàn)確定的基本規(guī)律，研究熱現(xiàn)象的宏觀特性和規(guī)律。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體描述。 這部分內(nèi)容稱為熱力學(xué)。.微觀描述方法-統(tǒng)計(jì)物理方法從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，用統(tǒng)計(jì)平均的方法，研究微觀粒子運(yùn)動(dòng)和宏觀熱現(xiàn)象 之間的內(nèi)在聯(lián)系，研究熱現(xiàn)象規(guī)律的微觀本質(zhì)，這部分內(nèi)容稱為分子物理學(xué)。,兩種方法相輔相成。二、講授新課： 第四章 熱力學(xué)基礎(chǔ) 4.1理想氣體物態(tài)方程準(zhǔn)靜態(tài)過程一、 基本概念1宏觀量與微觀量11）宏觀量 （macroscopic quantity）用一些物理量從整體上對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)加以描述，表征系統(tǒng)整體性質(zhì)，稱為狀態(tài)參量。

3、 一般宏觀量可用儀器直接測(cè)量（如體積、溫度、壓強(qiáng)）。宏觀量有分為廣延量：有累加性（如質(zhì)量、能量） 強(qiáng)度量：無(wú)累加性（如溫度、壓強(qiáng)）2）微觀量（microscopic quantity）通過對(duì)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的說明來描述系統(tǒng)的方法稱為微觀描述，描寫單個(gè)微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物理量，如分子的質(zhì)量、速度、能量等，微觀量一般不能直接測(cè) 量（如分子質(zhì)量、能量）0宏觀量和微觀量有關(guān)，宏觀量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。如壓強(qiáng)和大量分子撞擊器 壁時(shí)動(dòng)量變化率的統(tǒng)計(jì)平均值有關(guān)，溫度和大量分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)速度的統(tǒng)計(jì)平 均值有關(guān)。2 平衡態(tài)（equilibrium state）和非平衡態(tài)例：A中儲(chǔ)有氣體，B中為真空。當(dāng)把隔板

4、抽去，A部分中的氣體就向B中運(yùn)動(dòng)。在 這個(gè)過程中，氣體內(nèi)部各處的情況是不均勻的。 但隨著時(shí)間變化，最后將達(dá)到各 處均勻一致的狀態(tài)。此后若不受外界影響，容器內(nèi)氣體將始終保持這一狀態(tài)， 不 再發(fā)生變化。可見，平衡態(tài)系統(tǒng)各處的宏觀參量不一定相等。例：將水放在開口容器中，水將不斷蒸發(fā)。若將容器封閉，經(jīng)過一段時(shí)間后，蒸 發(fā)現(xiàn)象將停止，即達(dá)到飽和狀態(tài)。此后若無(wú)外界影響，就不在發(fā)生宏觀變化。可見，平衡態(tài)系統(tǒng)各處的宏觀參量不一定相等。,A .,B平衡態(tài)：一定量的氣體，在不受外界的影響下，經(jīng)過一定的時(shí)間，系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)(p,V,T)(p,V,T)(p.V,T)p-V圖上一點(diǎn)表示氣體的一個(gè)平衡態(tài)平衡態(tài)要點(diǎn)1）孤立

5、系，宏觀量不隨時(shí)間變化。2）平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡。平衡態(tài)指系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化， 從微觀看, 分子仍在作不停地、無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。3）平衡態(tài)可用狀態(tài)參量來描述。4）穩(wěn)恒態(tài)不一定是平衡態(tài)。非平衡態(tài)：系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)參量隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為非平衡態(tài)。4 狀態(tài)參量狀態(tài)量；描述系統(tǒng)平衡態(tài)的宏觀參量，氣體的體積、壓強(qiáng)和溫度三個(gè)物理量稱為 氣體的物態(tài)參量。常用：P、V、T表示氣體的三個(gè)狀態(tài)參量。過程量：與過程有關(guān)的物理量，如功、熱量。1）氣體壓強(qiáng)P:作用于容器壁上單位面積的正壓力。單位： 1Pa =1N m 2標(biāo)準(zhǔn)大氣壓：450緯度海平面處,00時(shí)的大氣壓。5 1atm = 1.013 10 Pa.體積v

6、:氣體所能達(dá)到的最大空間。單位： 1m 3 = 103L = 103dm 3.溫度T:氣體冷熱程度的量度。單包：溫標(biāo)（開爾文）t =273 15 +t平衡態(tài)下狀態(tài)參量不隨時(shí)間變化二、理想氣體物態(tài)方程狀態(tài)方程（equation of state）狀態(tài)參量之間的函數(shù)關(guān)系稱為狀態(tài)方程f （P, V,T） = 02理想氣體宏觀定義：遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體。微觀模型：從分子運(yùn)動(dòng)論的觀點(diǎn)出發(fā)1）分子間除碰撞外不存在相互作用。2）分子間的碰撞、分子與器壁的碰撞都是完全彈性碰撞。3）分子的大小忽略不計(jì)。應(yīng)用條件：壓強(qiáng)不太高、溫度不太低的實(shí)際氣體。3理想氣體狀態(tài)方程由三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律波-馬定律:pv =恒量查理定律

7、:蓋.呂薩克定律:V ( 口=恒量T1）理想氣體狀態(tài)方程狀態(tài)1到狀態(tài)3理想氣體狀態(tài)方程由三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律波-馬定律:pv =恒量查理定律:蓋.呂薩克定律:V ( 口=恒量T1）理想氣體狀態(tài)方程狀態(tài)1到狀態(tài)3:等壓變化T1V3 2狀態(tài)3到狀態(tài)2,等溫變化RV3 = p2V2消去V32）克拉伯龍方程1mol的理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下PoVoTo1.013 10522.4 10，273稱R為氣體普適恒量。=8.31l k = Rv mol的理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下PoV 二v mol的理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下PoV 二PoVoTo -To取任意一狀態(tài)PoV Topv - RT若氣體的質(zhì)量為M,摩爾質(zhì)量為小，則MPV

8、 = RT3）若氣體的總分子數(shù)為N,則上式Na3）若氣體的總分子數(shù)為N,則上式NaNa =6.022 x1023/ol阿伏力口德羅常數(shù)pV = -N RTNaN R 丁 p TV NaP = nkT則式中：n 一分子數(shù)密度k -玻耳茲曼常數(shù)k = R= 1.38 10-23 J/KNa三、熱力學(xué)過程熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化叫做熱力學(xué)過程。1非平衡過程：系統(tǒng)從某一平衡態(tài)開始，相繼經(jīng)歷一系列的非平衡態(tài)，最后達(dá)到 一個(gè)新的平衡態(tài)的過程叫做非平衡過程。例：壓縮氣缸內(nèi)的氣體。未壓前：氣體各處密度均勻，且不隨時(shí)間變化，是平衡態(tài)。過程中：靠近活塞處氣體密度增大，出現(xiàn)非平衡態(tài)。壓縮停止后：由于分子熱運(yùn)動(dòng)的碰撞的結(jié)果，氣缸內(nèi)氣體密度差異逐漸減小， 直 到各處均勻，此后保持不變，出現(xiàn)新的平衡狀態(tài)。初平衡態(tài)一系列非平衡態(tài)末平衡態(tài)初平衡態(tài)一系列非平衡態(tài)末平衡態(tài)氣體經(jīng)歷一個(gè)非平衡過程，過程的中間狀態(tài)由于沒有確定的狀態(tài)參量值, 過程無(wú) 法描述。2準(zhǔn)靜態(tài)過程：若過程進(jìn)行得相當(dāng)緩慢，每一次從非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)所用的 時(shí)間非常短，可以認(rèn)為過程的每一步都會(huì)達(dá)到平衡態(tài)， 這種一系列中間狀態(tài)都無(wú) 限接近平衡態(tài)的過程稱為平衡過程和準(zhǔn)靜態(tài)過程。例：砂子I活塞氣體氣體經(jīng)歷一個(gè)平衡過程，過程的中間狀態(tài)都有確定的狀態(tài)參量值，過程可以描述 準(zhǔn)靜態(tài)過程是一個(gè)理想化的過程，是實(shí)際過程 的近似。只有過程進(jìn)