13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
1/28
一 热力学系统、状态、过程
(Thermodynamic system,state,processes)
(一 )、热力学系统 (Thermodynamic system)
1、系统,由大量微观粒子 (分子、原子 )组成的宏观体系，并把它 隔离 。
The system,The system is the macro-system are
composed of large quantities of micro-particles
(molecules or atoms),& isolates it,
2、外界,在系统的外部与系统的状态及其变化 直接有关 的一切外部。
The exterior,We call the all surroundings
outside the system related to directly the state
& changes of the system the exterior
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
2/28
The exterior
外界系统
The system
能量
Energy
物质
Matter
3、热力学系统,研究系统的 热性质 及其变化，
以及与其它运动的相互转化。
Thermodynamics system,We study the thermal
properties & changes of system,the mutual
transformation with the other motions
4、热力学系统分类
( Categories of thermodynamic system),
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
3/28
The exterior
外界系统
The system
(1)、孤立系统,系统与外界 无物质和能量 的交换
Isolated system,The system with the exterior
do not have the exchange of matter & energy
孤立系统
Isolated system
物质
Matter
能量
Energy
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
4/28
The exterior
外界系统
The system
(2)、封闭系统,系统与外界 有能量无物质 的交换。
Closed system,The system with the exterior
have the exchange of energy but do not have
the exchange of matter
封闭系统
Closed system
能量
Energy
物质
Matter
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
5/28
The exterior
外界系统
The system
(3)、开放系统,系统与外界 既有能量又有物质 的交换。
Open system,The system with the exterior
both have the exchange of matter & energy
开放系统
Open system
能量
Energy
物质
Matter
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
7/28
TVp,,
(二 )、热力学状态 (Thermodynamic state):
1、系统的状态参量,选择若干个 可由实验测得 的物理量作为 描述系统状态 的变量 。
Parameters of state of system,Choosing the some
physical quantities measured by the experiment take
as the variable quantities describing state of system
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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(1),力学参量 -气体压强 p:作用于容器壁上单位面积的正压力,单位,1Pa=1Nm -2
Pa10013.1a t m1 5
标准大气压 (Standard atmospheric pressure)：
450纬度海平面处,00C时的大气压,
(The atmospheric pressure at the
level of 450 latitude at 00C )
Mechanics parameter,The pressure of gas is the
force in per unit area on the wall of the container
in the normal direction perpendicular to the wall
(2),几何参量 -体积 V,气体所能达到的最大空间,单位,m3
3333 dm10L10m1
Geometry parameter,The volume of gas
means the reachable maximal space of the gas
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
9/28
0( ) ( ) 2 7 3,1 5T K t C 00 9
( ) ( ) 3 2
5F
t F t C
**温标,温度 数值表示法 。
(4),热力学参量 -温度 T,气体冷热程度的量度,单位,K
Temperature scale,The numberical
specifications of temperature
(3),化学参量 -摩尔数 mol:描述组成系统的各种化学成分的数量,
Chemical parameter,Mole of number describe
the quantities of the chemical compositions
composed of system
Thermodynamics parameter,The temperature is a
measure of the coldness or hotness of a object
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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TVp,,
TVp,,''
真空膨胀
2、平 衡 态 (The equilibrium state)
一定量的气体,在不受外界的影响 下,经过一定的时间,系统达到一个稳定的,所有的宏观性质不随时间变化 的状态称为平衡态,
A certain amount of gas at from the outside influence,
after a certain time,the system reached the stable state,
all macro-natures of that do not change with time,
p
Vo
),,( TVp
(,,)p V T
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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(1),条件 (Conditions):
A、不受外界影响；
B、所有宏观性质不随时间变化。
A gas is at from the outside influence
All macro-natures of a gas do
not change with time,
(2),相对性 (Relativity):
动态平衡、理想状态。
The dynamic equilibrium,The idealized state,
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
12/28
3、理想气体状态方程
(The equation of state of the ideal gas):
(1),物态方程 (Equation of state):
(,,) 0 (,,)f P V T o r T f P V
(2),理想气体状态方程
(The equation of state of the ideal gas):
(克拉佰龙 ·门捷列夫方程 )
(Clapeyron-Mendeleev equation )
mP V R T
M
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
13/28
(3),导出方程 (Derived equation):
1),玻意尔 -马略特定律
(The law of Boyle-Mariotte)
2),盖吕 -萨克定律
(The law of Gay.Lussac)
3),查理定律
(The law of Charles)
4),阿伏伽德罗定律
(The law of Avogadro)
,,Vm C P C CT
,,m C T C P V C
,,Pm C V C CT
,,1,mT C P C V CM
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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4,P— V图 (P-V diagrams)
(1),P-V图象上任意 一点 与理想气体的 平衡态 一一对应
m
P V R T
M
P-V图点
a point in P-
V diagrams
P
O V
(,,)A P V T
P纵轴 (The vertical axis)
V横轴 (Transverse axis)
A point on P-V diagrams is one to one
correspondence with a equilibrium state of ideal gas
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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（三）、热力学过程 (Thermodynamic Process):
在热力学系统 状态发生变化 时，就说系统经历了一个热力学过程，它由 一系列中间状态 组成。
1、准静态过程 (Quasi-static process )：
在热力学过程进行中的每一时刻系统状态都 无限接近于平衡态，平衡过程 。
When the state of thermodynamic system changes with
time,system goes thrpugh a thermodynamic process,
composed with a series of the intermediate states
In actual thermodynamic process the state of
the system at every moment can be infinitely
considered as the equilibrium states
Balance process.
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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二 准静态过程 (Quasi-static process )
从一个平衡态到另一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,
气体活塞砂子 ),,( 111 TVp
),,( 222 TVp
1V 2V
1p
2p
p
Vo
1
2
If the intermediate states from one equilibrium state
to another equilibrium state can be approximately
considered as equilibrium states then the process of
the change of state is called a quasi-static process
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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2、非静态过程 (Non-static process )：
不满足１中条件的热力学过程。 非平衡过程 。
3,P-V图 (P-V diagrams),P
O V
P-V图线
A smooth curve
on P-V diagrams
准静态过程
Quasi-static process
2 2 2(,,)B P V T
1 1 1(,,)A P V T
The thermodynamic process not satisfied with
1’conditions is called a non-static process
Non-equilibrium process
(2),Ｐ -V图上 一条平滑曲线与 准静态过程 一一对应。
A smooth curve on P-V diagrams
is one to one correspondence
with a quasi-static process
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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4、典型过程 (Typical processes ):
1).等容过程
(The isochoric process)
2).等压过程
(The isobaoric process)
3).等温过程
(The isothermal process)
4).绝热过程
(The adiabatic process)
0,Vd P CT
0,d T P V C
0,PdV CT
0,d Q P V C
2V1V
P
2P
1P
V
P
O V
2P
1 2
2
1
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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三 功 (Work )
宏观运动能量
Energy of macro-motion
热运动能量 Energy
of thermal-motion
2、准静态过程功的计算
(The calculation of work
of quasi-static process )
1、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,The work is the measurement transfer &
conversion of energy which caused
changes of the state of thermal system
1V 2V
22(,)B P V
11(,)A P V
1P
2P
P
O V
气体对外界作元功为：
d d d dW F l p S l p V
dV
P
21 dVV VpW
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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21 dVV VpW
dV>0,A>0,当气体膨胀时,系统对外界做功。
3、功是 过程量
dV<0,A<0,当气体被膨胀时,外界对系统做功。
If the gas expands the
system does work on
the exterior
If the gas is compressed
the exterior does work
on the system
Work is process quantity
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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4、准静态过程功的几何意义
(The geometric significance of work of quasi-static process)
P-V图 (P-V diagrams)：
1V 2V
22(,)B P V
11(,)A P V
1P
2P
P
O V
(3),P-V图上一个过程曲线面积 与 准静态过程功的数值 一一对应
The area under the process
curve on P-V diagram is one
to one correspondence with
the value of work of quasi-
static process dV
P
W
dW=pdV
P-V图面积
(The area on
P-V iagram )
准静 态 过程的功(The valueof work of
quasi-static process)
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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1、系统和外界之间存在温 度 差 就会传热,或称能量交换,热量就是 通过 传热方式传递能量 的量。
四 热 量 (Heat)
热运动热量 Energy of
thermal-motion
热运动热量 Energy of
thermal-motion
Between a system & its exterior
due to temperature difference
of the two there is the transport
of heat,or energy exchange,the
heat is the quantities of energy
transmitted through the heat
1T
2T
21 TT?
Q
2、热量传递 可以改变系统的状态 。
3、热量是 过程量,
Heat transport can change the system state
Heat is process quantity
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
23/28
2）等效性,改变系统热运动状态作用相同；
1）过程量,与过程有关；
功与热量的异同
(The similarities & differences of the heat &the work)
The process quantity,They are all
related to specific process
The equivalence,Their role of changing
thermal state of the system is the same
1Cal = 4.18 J,1 J = 0.24 Cal
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
24/28
功
Work
热量
Heat
3） 功与热量的 物理本质不同,
(2),热传递,温度差；
(1),作功,宏观位移；
The physical nature work with heat is the different
The working,Macro-displacement
The heat transporting,Temperature difference
宏观运动
Macro-motion
热运动
Thermal motion
热运动 Thermal
motion
热运动 Thermal
motion
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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宏观功,通过 宏观有规则运动 (如机械运动、
电流运动 )来完成的 能量交换 统称宏观功
Macro-work,the exchange of energy completed
through the regular macro-motion (such as
mechanical motion,current motion) is called
macro-work
微观功,通过分子的 无规则运动 来完成的 能量交换 称为微观功。
Micro-work,the exchange of energy completed
through the molecular random motion is called
micro-work
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五 热容量 (Heat capacity),
dQC
dT?
热力学系统 改变单位温度时 和 外界交换热量 多少。
When the thermodynamic system change
unit temperature the system with exterior
exchange the quantities of heat
1、比热容
(Specific heat capacity) 1C d Qc m m d T
2、摩尔热容
(Molar heatcapacity) = /m C M d QC m M m d T
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热量表达式 (Heat expression)
=Q c m T
热容量是 过程量
,()P m P
m d QC
M d T
,()V m V
m d QC
M d T
3、定容摩尔热容
(Isochoric molar heat capacity)
= mmQ C TM
3、定压摩尔热容
(Isobaric molar heat capacity)
Heat capacity is process quantity
第十三章 热力学基础物理学第五版
28
13-1 准静态过程 功 热量
13-2 热力学第一定律 内能
13-3 理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程
13-0 教学基本要求选择进入下一节：
本章目录
1/28
一 热力学系统、状态、过程
(Thermodynamic system,state,processes)
(一 )、热力学系统 (Thermodynamic system)
1、系统,由大量微观粒子 (分子、原子 )组成的宏观体系，并把它 隔离 。
The system,The system is the macro-system are
composed of large quantities of micro-particles
(molecules or atoms),& isolates it,
2、外界,在系统的外部与系统的状态及其变化 直接有关 的一切外部。
The exterior,We call the all surroundings
outside the system related to directly the state
& changes of the system the exterior
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
2/28
The exterior
外界系统
The system
能量
Energy
物质
Matter
3、热力学系统,研究系统的 热性质 及其变化，
以及与其它运动的相互转化。
Thermodynamics system,We study the thermal
properties & changes of system,the mutual
transformation with the other motions
4、热力学系统分类
( Categories of thermodynamic system),
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
3/28
The exterior
外界系统
The system
(1)、孤立系统,系统与外界 无物质和能量 的交换
Isolated system,The system with the exterior
do not have the exchange of matter & energy
孤立系统
Isolated system
物质
Matter
能量
Energy
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
4/28
The exterior
外界系统
The system
(2)、封闭系统,系统与外界 有能量无物质 的交换。
Closed system,The system with the exterior
have the exchange of energy but do not have
the exchange of matter
封闭系统
Closed system
能量
Energy
物质
Matter
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
5/28
The exterior
外界系统
The system
(3)、开放系统,系统与外界 既有能量又有物质 的交换。
Open system,The system with the exterior
both have the exchange of matter & energy
开放系统
Open system
能量
Energy
物质
Matter
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
7/28
TVp,,
(二 )、热力学状态 (Thermodynamic state):
1、系统的状态参量,选择若干个 可由实验测得 的物理量作为 描述系统状态 的变量 。
Parameters of state of system,Choosing the some
physical quantities measured by the experiment take
as the variable quantities describing state of system
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
8/28
(1),力学参量 -气体压强 p:作用于容器壁上单位面积的正压力,单位,1Pa=1Nm -2
Pa10013.1a t m1 5
标准大气压 (Standard atmospheric pressure)：
450纬度海平面处,00C时的大气压,
(The atmospheric pressure at the
level of 450 latitude at 00C )
Mechanics parameter,The pressure of gas is the
force in per unit area on the wall of the container
in the normal direction perpendicular to the wall
(2),几何参量 -体积 V,气体所能达到的最大空间,单位,m3
3333 dm10L10m1
Geometry parameter,The volume of gas
means the reachable maximal space of the gas
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
9/28
0( ) ( ) 2 7 3,1 5T K t C 00 9
( ) ( ) 3 2
5F
t F t C
**温标,温度 数值表示法 。
(4),热力学参量 -温度 T,气体冷热程度的量度,单位,K
Temperature scale,The numberical
specifications of temperature
(3),化学参量 -摩尔数 mol:描述组成系统的各种化学成分的数量,
Chemical parameter,Mole of number describe
the quantities of the chemical compositions
composed of system
Thermodynamics parameter,The temperature is a
measure of the coldness or hotness of a object
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
10/28
TVp,,
TVp,,''
真空膨胀
2、平 衡 态 (The equilibrium state)
一定量的气体,在不受外界的影响 下,经过一定的时间,系统达到一个稳定的,所有的宏观性质不随时间变化 的状态称为平衡态,
A certain amount of gas at from the outside influence,
after a certain time,the system reached the stable state,
all macro-natures of that do not change with time,
p
Vo
),,( TVp
(,,)p V T
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
11/28
(1),条件 (Conditions):
A、不受外界影响；
B、所有宏观性质不随时间变化。
A gas is at from the outside influence
All macro-natures of a gas do
not change with time,
(2),相对性 (Relativity):
动态平衡、理想状态。
The dynamic equilibrium,The idealized state,
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
12/28
3、理想气体状态方程
(The equation of state of the ideal gas):
(1),物态方程 (Equation of state):
(,,) 0 (,,)f P V T o r T f P V
(2),理想气体状态方程
(The equation of state of the ideal gas):
(克拉佰龙 ·门捷列夫方程 )
(Clapeyron-Mendeleev equation )
mP V R T
M
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
13/28
(3),导出方程 (Derived equation):
1),玻意尔 -马略特定律
(The law of Boyle-Mariotte)
2),盖吕 -萨克定律
(The law of Gay.Lussac)
3),查理定律
(The law of Charles)
4),阿伏伽德罗定律
(The law of Avogadro)
,,Vm C P C CT
,,m C T C P V C
,,Pm C V C CT
,,1,mT C P C V CM
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
14/28
4,P— V图 (P-V diagrams)
(1),P-V图象上任意 一点 与理想气体的 平衡态 一一对应
m
P V R T
M
P-V图点
a point in P-
V diagrams
P
O V
(,,)A P V T
P纵轴 (The vertical axis)
V横轴 (Transverse axis)
A point on P-V diagrams is one to one
correspondence with a equilibrium state of ideal gas
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
15/28
（三）、热力学过程 (Thermodynamic Process):
在热力学系统 状态发生变化 时，就说系统经历了一个热力学过程，它由 一系列中间状态 组成。
1、准静态过程 (Quasi-static process )：
在热力学过程进行中的每一时刻系统状态都 无限接近于平衡态，平衡过程 。
When the state of thermodynamic system changes with
time,system goes thrpugh a thermodynamic process,
composed with a series of the intermediate states
In actual thermodynamic process the state of
the system at every moment can be infinitely
considered as the equilibrium states
Balance process.
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
16/28
二 准静态过程 (Quasi-static process )
从一个平衡态到另一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,
气体活塞砂子 ),,( 111 TVp
),,( 222 TVp
1V 2V
1p
2p
p
Vo
1
2
If the intermediate states from one equilibrium state
to another equilibrium state can be approximately
considered as equilibrium states then the process of
the change of state is called a quasi-static process
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
17/28
2、非静态过程 (Non-static process )：
不满足１中条件的热力学过程。 非平衡过程 。
3,P-V图 (P-V diagrams),P
O V
P-V图线
A smooth curve
on P-V diagrams
准静态过程
Quasi-static process
2 2 2(,,)B P V T
1 1 1(,,)A P V T
The thermodynamic process not satisfied with
1’conditions is called a non-static process
Non-equilibrium process
(2),Ｐ -V图上 一条平滑曲线与 准静态过程 一一对应。
A smooth curve on P-V diagrams
is one to one correspondence
with a quasi-static process
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
18/28
4、典型过程 (Typical processes ):
1).等容过程
(The isochoric process)
2).等压过程
(The isobaoric process)
3).等温过程
(The isothermal process)
4).绝热过程
(The adiabatic process)
0,Vd P CT
0,d T P V C
0,PdV CT
0,d Q P V C
2V1V
P
2P
1P
V
P
O V
2P
1 2
2
1
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
19/28
三 功 (Work )
宏观运动能量
Energy of macro-motion
热运动能量 Energy
of thermal-motion
2、准静态过程功的计算
(The calculation of work
of quasi-static process )
1、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,The work is the measurement transfer &
conversion of energy which caused
changes of the state of thermal system
1V 2V
22(,)B P V
11(,)A P V
1P
2P
P
O V
气体对外界作元功为：
d d d dW F l p S l p V
dV
P
21 dVV VpW
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
20/28
21 dVV VpW
dV>0,A>0,当气体膨胀时,系统对外界做功。
3、功是 过程量
dV<0,A<0,当气体被膨胀时,外界对系统做功。
If the gas expands the
system does work on
the exterior
If the gas is compressed
the exterior does work
on the system
Work is process quantity
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
21/28
4、准静态过程功的几何意义
(The geometric significance of work of quasi-static process)
P-V图 (P-V diagrams)：
1V 2V
22(,)B P V
11(,)A P V
1P
2P
P
O V
(3),P-V图上一个过程曲线面积 与 准静态过程功的数值 一一对应
The area under the process
curve on P-V diagram is one
to one correspondence with
the value of work of quasi-
static process dV
P
W
dW=pdV
P-V图面积
(The area on
P-V iagram )
准静 态 过程的功(The valueof work of
quasi-static process)
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
22/28
1、系统和外界之间存在温 度 差 就会传热,或称能量交换,热量就是 通过 传热方式传递能量 的量。
四 热 量 (Heat)
热运动热量 Energy of
thermal-motion
热运动热量 Energy of
thermal-motion
Between a system & its exterior
due to temperature difference
of the two there is the transport
of heat,or energy exchange,the
heat is the quantities of energy
transmitted through the heat
1T
2T
21 TT?
Q
2、热量传递 可以改变系统的状态 。
3、热量是 过程量,
Heat transport can change the system state
Heat is process quantity
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
23/28
2）等效性,改变系统热运动状态作用相同；
1）过程量,与过程有关；
功与热量的异同
(The similarities & differences of the heat &the work)
The process quantity,They are all
related to specific process
The equivalence,Their role of changing
thermal state of the system is the same
1Cal = 4.18 J,1 J = 0.24 Cal
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
24/28
功
Work
热量
Heat
3） 功与热量的 物理本质不同,
(2),热传递,温度差；
(1),作功,宏观位移；
The physical nature work with heat is the different
The working,Macro-displacement
The heat transporting,Temperature difference
宏观运动
Macro-motion
热运动
Thermal motion
热运动 Thermal
motion
热运动 Thermal
motion
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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宏观功,通过 宏观有规则运动 (如机械运动、
电流运动 )来完成的 能量交换 统称宏观功
Macro-work,the exchange of energy completed
through the regular macro-motion (such as
mechanical motion,current motion) is called
macro-work
微观功,通过分子的 无规则运动 来完成的 能量交换 称为微观功。
Micro-work,the exchange of energy completed
through the molecular random motion is called
micro-work
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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五 热容量 (Heat capacity),
dQC
dT?
热力学系统 改变单位温度时 和 外界交换热量 多少。
When the thermodynamic system change
unit temperature the system with exterior
exchange the quantities of heat
1、比热容
(Specific heat capacity) 1C d Qc m m d T
2、摩尔热容
(Molar heatcapacity) = /m C M d QC m M m d T
13-1 准静态过程 功 热量第十三章 热力学基础物理学第五版
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热量表达式 (Heat expression)
=Q c m T
热容量是 过程量
,()P m P
m d QC
M d T
,()V m V
m d QC
M d T
3、定容摩尔热容
(Isochoric molar heat capacity)
= mmQ C TM
3、定压摩尔热容
(Isobaric molar heat capacity)
Heat capacity is process quantity
第十三章 热力学基础物理学第五版
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13-1 准静态过程 功 热量
13-2 热力学第一定律 内能
13-3 理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容
13-4 理想气体的等温过程和绝热过程
13-0 教学基本要求选择进入下一节：
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