热力学基础

整理的热力学基础知识点总结汇总，复习必备。涵盖准静态过程 功 热量、内能 热力学第一定律、理想气体的等体过程和等压过程、理想气体的等温过程和绝热过程、循环过程 卡诺循环、热力学第二定律、熵增加原理和热力学第二定律的统计解释。

热力学基础

• 准静态过程 功 热量
  • 准静态过程
    • 热力学系统 所研究的宏观物体，如气体，固体，电介质等。简称系统，也叫做工作物质。
    • 外界 与热力学系统相互作用的环境。
    • 平衡态 在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。 平衡态是一种理想状态。
    • 注：(1) 不受外界影响是指系统与外界没有能量和粒子交换(2) 平衡是热动平衡。(3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示。
    • 准静态过程
      • 热力学过程：系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。
      • 非静态过程：中间状态为非平衡态的过程
      • 准静态过程：系统在始末两个平衡态之间所经历的过程无限缓慢，在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态，这样的变化过程即为准静态过程。
      • 无限缓慢进行的过程是准静态过程,准静态过程是理想过程
  • 功
    • 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.
    • 准静态过程功的计算
    • 注：作功与过程有关
  • 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 . 热量是过程量。
    • 功与热量的异同：（1）都是过程量：与过程有关；（2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；3）功与热量的物理本质不同 .
• 内能 热力学第一定律
  • 内能（状态量）：热力学中系统处于某状态而具有的能量。理想气体的内能：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 。系统内能的增量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，一部分使系统的内能增加，另一部分使系统对外界做功 。
  • A，自然界中的能量有各种形式，且能够从一种形式转化为另一种形式，也能从一个物体传递到另一个物体，但在转化和传递中总能量的数量保持不变，即能量转换和守恒定律；B，第一类永动机（不消耗任何形式的能量而能对外做功的机械）是不可能制成的；C，实验经验总结（Mayer、Joule、Helmholtz），自然界的普适规律
• 理想气体的等体过程和等压过程
  • 计算各等值过程的热量、功和内能的理论基础.
  • 等体过程：查理定律：体积不变时，一定质量气体的压强跟热力学温度成正比。
  • 盖吕萨克定律：压强不变时，一定质量气体的体积跟热力学温度成正比。
• 理想气体的等温过程和绝热过程
  • 等温过程：玻意耳定律：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。
  • 绝热过程：与外界无热量交换的过程
  • 绝热线与等温线：
• 循环过程 卡诺循环
  • 热机：持续地将热量转变为功的机器。
  • 循环过程：系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的状态的过程叫热力学循环过程 .
  • 卡诺循环：卡诺循环是由两个准静态等温过程和两个准静态绝热过程组成 .
  • 卡诺制冷机：
• 热力学第二定律 卡诺定律
  • 开尔文说法：不可能制造出这样一种循环工作的热机，它只使单一热源冷却来做功，而不放出热量给其它物体，或者说不使外界发生任何变化 。
  • 克劳修斯说法：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 .
  • 可逆过程与不可逆过程：可逆过程 : 在系统状态变化过程中，如果逆过程能重复正过程的每一状态, 而且不引起其它变化, 这样的过程叫做可逆过程 （准静态无摩擦过程为可逆过程）；不可逆过程：在不引起其它变化的条件下，不能使逆过程重复正过程的每一状态，或者虽能重复但必然会引起其它变化，这样的过程叫做不可逆过程（非准静态过程为不可逆过程）.
  • 可逆过程的条件：准静态过程（无限缓慢的过程），且无摩擦力、粘滞力或其它耗散力作功，无能量耗散的过程 .
  • 热力学第二定律的实质：自然界一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
  • 卡诺定理：(1) 在相同高温热源和低温热源之间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 .
• 熵 熵增加原理
  • 为了判断孤立系统中过程进行的方向引入熵
    • 结论 ：可逆卡诺循环中，热温比总和为零 .任意的可逆循环可视为由许多可逆卡诺循环所组成.
    • 熵是一种状态函数。
• 热力学第二定律的统计解释