專業：通訊工程
班級：09級四班
姓名：蔣雙福
學號：0906020423
教師：朱衛華
時間：2010.10
熱力學基礎
（1）熱力學的基本概念
1）熱力學系統：由大量分子、原子組成的巨集觀物質，簡稱系統
2）孤立系統：與外界不發生任何的物質與能量交換的熱力學系統。
3）封閉系統：與外界只有能量交換而無物質交換的系統
4）開放系統：與外界同時發生能量交換與物質交換的系統。
5）狀態參量：描述熱力學系統狀態的物理量。
6）熱運動：大量分子無序的運動。
7）巨集觀量：從整體上描述系統的狀態量，一般可以直接測量，包括廣延量和強度量。
廣延量(可以累加)： (摩爾質量）（體積） (動能）
強度量(不可以累加）： (壓強） (溫度）
8）微觀量: 描述系統內微觀粒子的物理量。
如分子的（質量）、（直徑） 、（速度） 、（動量） 、（能量）
9）熱力學第零定律表述：如果兩個熱力學系統中的每乙個都與第三個熱力學系統處於平衡狀態，則這兩個系統彼此也處於平衡狀態。
10）溫度；處在同一熱平衡狀態的所有熱力學系統都具有乙個共同的巨集觀特性，這一特性可由這些系統的狀態參量來描述，這個狀態參量被定義為溫度。
溫度是表徵系統熱平衡時巨集觀狀態的物理量。
11）溫標：定量描述溫度的數值表示方法。
攝氏溫標單位為攝氏度（) 熱力學溫標（開爾文溫標） 單位開（）
熱力學溫標與攝氏溫標的換算關係：
1)12）平衡態：一定量的氣體，在不受外界的影響下, 經過一定的時間,系統達到乙個穩定的,巨集觀性質不隨時間變化的狀態稱為平衡態 。（特點，溫度相等）
13）準靜態過程：在熱力學過程中的每個中間狀態都無限接近於平衡態。如活塞緩慢移動的汽缸的過程，可在圖表示。
14）非靜態過程:中間狀態為非平衡態的過程，不可在圖表示。
15）圖上的乙個點，表示乙個平衡態，圖上一條曲線，表示乙個準靜態過程。
16）當質量一定的氣體處於平衡態時，其三個參量並不互相獨立，而是存在一定的關係，其表示式稱為氣體的狀態方程，一般可表示為：
2)17）理想氣體的狀態參量三者之間關係的狀態方程：
3) 18）阿伏伽德羅定律：當一定質量的理想氣體在相同溫度和壓強下，具有相同的體積，而當溫度為273.15,壓強為標準大氣壓1.013*pa時，1mol任何理想氣體的體積為。
19）氣體處時的狀態稱為標準狀態。設定質量為m，摩爾質量為m的理想氣體從狀態經一系列變化過程到達標準狀態,根據（3）有
令,則有
4),稱為摩爾氣體常量，（3）式被稱為理想氣體的狀態方程。
20）一定理想氣體的瘋子質量為，分子數為，並以表示阿伏伽德羅常數（），則氣體質量為，氣體的摩爾質量為，代入（4）得
令,稱為波爾茲曼常數，令為單位體積內的分子數，並稱n為分子數密度，有
5)洛施密特常量：標準狀態下理想氣體的分子數密度為
(2）熱力學第一定律
1）系統內分子熱運動的動能和分子之間相互作用勢能之和稱為系統的內能。分子之間的相互作用勢能與分子間距有關，也應該與系統的體積有關。分子無序運動動能的平均效果與系統的溫度有關。
所以氣體的內能是溫度和體積的函式。
2）理想氣體內能只與溫度有關，。
3）熱力學第一定律，做功和熱傳遞
6)對於非靜態微小過程而言，可以將熱力學第一定律的表示式寫成微分形式：
7)4)準靜態過程中的功
.為氣體作用在活塞上的壓力，為氣體壓強，為活塞面積，活塞移動了距離，從而氣體的體積增加了,對外所做的元功為
8).若氣體體積從變化到，則系統對外做功為
9)時，氣體膨脹，系統對外做功，
時，氣體被壓縮，外界對系統做功，
5)準靜態過程中的熱量
.在熱量傳遞的某個微過程中，熱力學系統吸收熱量,溫度公升高了,則定義為10)
單位質量的熱容為稱為比熱容，記作，其單位為，設系統的質量為,則有
.乙個質量為，摩爾質量的系統，在某一微過程中吸收的熱量為
11a)
當溫度從公升高至時，其吸收的熱量為
11b)
為系統物質的量，稱為摩爾熱容，摩爾熱容的定義式：
12)微小過程，熱量的計算公式為
13）.理想氣體在狀態變化過程中體積保持不變時，其摩爾熱容為
14)稱為定體摩爾熱容，為摩爾氣體常量，是氣體分子自由度
的取值表
理想氣體在狀態變化過程中壓強保持不變時，其摩爾熱容為
15)為定壓摩爾熱容
6）準靜態過程中的內能變化
.以理想氣體在狀態變化過程中體積的過程為例，由於這一過程中，系統做功為零（),根據熱力學第一定律，內能的增量等於過程中系統從外界吸收的熱量，由11式，可得內能增量的微分表示式
16a)
.對質量為，摩爾質量為，定體摩爾熱容恆定的理想氣體，系統內能的增量為
16b)
上兩式又可以表示為
17a)
17b)
（3）熱力學第一定律的應用
1)等體過程
.系統體積保持不變的過程稱為等體過程。等體過程的特徵方程為：
此方程在圖上可以表示為一條垂直於軸的直線，這條直線稱為等體線。
.在等體過程中，由於,因此,即系統對外不做功，根據熱力學第一定律，系統在等體過程中吸收的熱量為,它等於內能的增量，即
式中物理量的腳標表示相應的過程為等體過程，將代入上式，並考慮到理想氣體的狀態方程序（4），可得等體過程中熱量和內能增量的關係式： = (18)
2)等壓過程
.系統在壓強保持不變的過程稱為等壓過程，由理想氣體狀態方程可以得到等壓過程的特徵方程為
此方程在圖上可以表示為一條平行於軸的直線，這條直線稱為等壓線。
.在等壓過程中系統對外界做功為
19a)
有理想氣體狀態方程，上式有可以表示為
19b)
系統內能變化與過程無關，因此等壓過程中內能的增量也可以表示為（17）的形式
.根據熱力學第一定律，設系統在等壓過程中吸收的熱量為
20a)
或 (20b)
式中物理量的腳標表示相應的過程為等壓過程。
由（11）也可以表示為： (21)
由式（20）和式（21）可以得到定壓摩爾熱容的計算（15）
在等壓過程中，理想氣體吸收的熱量，一部分轉換成系統內能，另一部分轉換為系統對外界所做的功。
3）定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容的關係
由（14）式和（15）式得： (22)
摩爾氣體常量r在數值上等於理想氣體在等壓過程中溫度公升高1k時對外做的功。
與的比值稱為比熱容比
23）理想氣體的、、理論值
4)等溫過程
.系統溫度保持不變的過程稱為等溫過程，有理想氣體狀態方程可以得到等溫過程特徵方程：
此方程在圖上可表示為在第一象限內的一條雙曲線，由上式可知，溫度越高，式中的恒量值越大，曲線離兩座標軸越遠。
.在等溫過程中，由於溫度保持不變（),因而內能也保持不變（),因此系統吸收的熱量完全用來對外做功，根據熱力學第一定律有。由功德一般計算式（9）和理想氣體的狀態方程序（4），可計算出等溫過程的功為
24）.設等溫過程中系統吸收的熱量為
25）對於等溫過程，由關係式（11）可得
式中的稱為等溫摩爾熱容，當時，卻不為零，因此必有
26)理想氣體等溫過程中系統吸收的熱量全部用來對外界做功。
5）絕熱過程
.在狀態變化過程中，系統與外界沒有熱量交換，這樣的過程稱為絕熱過程。絕熱過程在圖上是一條曲線，因為在絕熱過程中,所以有,亦即或
絕熱過程中系統所做的功可以表示為
27).根據熱力學第一定律，理想氣體進行絕熱膨脹的微過程可表示為
又對理想氣體狀態方程序（4）兩邊求微分得
將上式兩邊中的消去，並整理後可得
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