热力学基础思维导图

大学物理第十三章热力学基础讲述了准静态过程、热力学第一定律、等值过程、热力学第二定律、卡诺定理、卡诺循环等，值得收藏学习哦！

第十三章 热力学基础

• 1. 准静态过程 功 热量
  • 准静态过程定义：从一个平衡态到另一个平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程。
  • 做功与过程有关
    • W=∫pdV
  • 功与热量的异同
• 2. 热力学第一的定律 内能
  • 改变气体状态的方法：做功和传热
  • 内能：表征系统状态的单值函数，理想气体的内能仅是温度的函数
  • 系统内能的增加只与系统的初态和末态有关，与系统所经历的过程无关。
  • 热力学第一定律：系统从外界吸收的热量，一部分是系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功
    • Q=△E+W
    • 第一类永动机
• 3.等值过程
  • 定量过程
    • 等体过程
      • dQv=dE
        • 全部用来增加内能
      • 摩尔定体热容：1mol理想气体在等体过程中吸收热量dQv，使温度升高dT，其摩尔定体热容为：Cv,m=dQv/dT=d(iRT/2)/dT=iR/2 （J/mol·K）
        • νmol理想气体：Qv=νCv,m(T2-T1)=E2-E1
    • 等压过程
      • dQv=dE+dW
      • 摩尔定压热容：1mol理想气体在等压过程中吸收热量dQp，温度升高dT，其摩尔定压热容为：Cp,m=dQp/dT=(i/2+1)R （J/mol·K）
      • 热容--比热容
    • 等温过程
      • dQT=dW=pdV
        • 全部用来对外做功
      • QT=∫pdV=νRTln（P1/P2）
    • 绝热过程
      • dQ=0→ dW+dE=0
      • W=？（与温度有关）=？（与压强体积有关)
        • PV’=常数 TV‘=常数
  • 多方过程
• 8. 热力学第二定律的统计意义
  • 熵与无序度
    • 理解：在孤立系统中，系统处于平衡状态时，系统的熵趋于最大值，同时，系统无序度也最高，因此可以说熵是孤立系统的无序度的一种度量
    • 四个小球分布状态：孤立系统中任意微观状态出现的概率都是相同的
      • 热力学概率：热力学概率W（某一宏观状态相对应的微观状态数）是分子热运动的系统无序度的量度
  • 玻尔兹曼关系式
    • S=klnW
    • 孤立系统熵增加的过程是热力学概率增大的过程，是系统从非平衡态趋于平衡态的过程，是系统的无序度加大的过程，是一个宏观的不可逆过程
• 7. 熵 熵增加原理
  • Q1/T1+Q2/T2=0
  • 热温比
  • 克劳休斯等式
  • 前提：孤立系统或绝热过程
• 6. 热力学第二定律的表述 卡诺定理
  • 热力学第二定律表述
    • 第二类永动机：：吸收的能量全部用来做功
    • 开尔文表述：不可能制造出这样一种循环的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其他物体（在热机模型里，Q2是一定存在的）
    • 克劳休斯表述：不可能把热量从低温物体自动传到高温物体而不引起外界的变化（在制冷机模型里，W是一定存在的）
  • 可逆过程与不可逆过程
    • 1. 系统状态的变化过程是无限缓慢进行的准静态过程，而且过程中没有能量耗散效应
      • ①过程要无限缓慢地进行，及属于准静态过程
      • ②没有摩擦、黏性力或其他耗散力做功，能量耗散效应可略去不计
    • 2. 逆过程能重复正过程的每一状态，而且不引起其他变化
  • 热力学第二定律实质
    • 热功转换
    • 热传导
  • 卡诺定理
    • 1. 在相同的高温热源和低温热源之间的工作的任意工作物质的可逆机，都具有相同的效率。
    • 2. 工作在相同的高温热源和低温热源之间的一切不可逆机的效率都不可能大于可逆机的效率
• 4.循环过程 卡诺循环
  • 循环定义：系统经过一系列状态变化过程以后，又回到原来状态的过程
  • 循环过后，内能没有改变
  • 热机
    • 顺时针 正循环
    • 热机效率η
      • 1-Q2/Q1
  • 制冷机
    • 逆时针 逆循环
    • 制冷系数e
      • Q2/Q1-Q2
  • 卡诺循环
    • 构成：两个等温过程 两个绝热过程
    • 结论：卡诺热机效率 卡诺制冷效率 都只与温度有关，温差越大，效率越高