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https://blog.eziosweet.cn/post/thermal/thermal-one/
热力学系统中的过程 # 首先声明几个概念： 热力学系统：大量分子组成的宏观物质系统 热力学过程：当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程 准静态过程：在一个系统发生变化的过程中，每一时刻都无限接近于一个平衡态，可以视作由一系列依次接替出现的平衡态组成的过程。这是对"无限缓慢"的实际过程的近似描述 在以下的问题中，我们重点讨论准静态过程，甚至可以说我们讨论的所有过程都是准静态的。 准静态过程 # 首先还是解释几个概念 弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间 无限缓慢：微小变化的时间远大于弛豫时间，换句话说就是在发生变化之前，系统已经进入平衡状态 Q：那么怎么评定一个过程是准静态过程呢？ 要满足以下几个条件： 系统每个时刻处于力的平衡，否则会产生有限压差破坏准静态过程 系统每个时刻处于热的平衡 准静态过程能用以下图像描述，该图像中的状况也就是我们重点讨论的几种情形 Q：那么请问，把一个温度为$T_1$的固体和一个温度为$T2$的固体接触，这个传热过程是否为准静态过程？ 明显不满足热平衡的条件，经过的每一个中间过程都不是平衡态，自然不是准静态过程 功 # 关于功和功率的问题民那在高中期间应该都是比较熟练的了，定义什么的都不在多说了。 气体对外界做的功，我们可以很容易的用微积分写出来(由于dbar在katex里敲不出来，故用$\delta$代替) $$\delta A=pSdl=pdV\tag{1}$$ $$A=\int{1}^{2}\delta A=\int_{1}^{2}pdV\tag{2}$$ 我们以一个准静态的等温过程为例 不妨设： 物质的量：$\nu$,温度：$T$,体积：$V_1\to V2$ 则能够得到如下公式 $$A=\int{V_1}^{V2}pdV=\int{V_1}^{V_2}\frac{\nu RT}{V}dV=\nu RT\ln(\frac{V_2}{V_1})\tag{3}$$ Q：功在过程中是个什么量呢？ 我们很轻易就能看出来，功在图像中反应为一个定积分，则很明显它是一个过程量 功是力学相互作用下的能量转移 热力学认为力是一种广义力，所以功也是广义功 只有在系统状态变化过程中才有能量转移 只有在广义力作用（如体积变化、电量迁移等）后才作了功。 非准静态过程的功很难计算 功也有正负之分 内能 # 先说概念 绝热过程：系统在被绝热壁与外界隔绝的情况下与外界发生相互作用的过程 绝热系统：只能以功的方式与外界交换能量的系统作功可改变系统的状态 内能：任何一个热力学系统，都存在一个只依赖于内部运动状态的态函数，当系统从平衡态1经过一个绝热过程达到平衡态2时，这个函数的增量等于外界对系统所做的绝热功 内能的一个可操作定义 # 某一过程中，系统绝热，对外做功为$A$,由绝热功的可定义 $$U_2-U_1=-A\tag{4}$$ 即以绝热方式做功，外界所做的“绝热功”等于系统内能的增量 内能的微观解释 # 分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· 注：过程中保持不变的能量不必计入内能，如：温度不太高时，不考虑分子内部原子结合能，核能··· 热量 # 除功外，传热也可改变系统的状态，即系统吸热或放热会使系统的内能发生变化。 传热条件：系统和外界温度不同且不绝热 $$\delta Q\begin{cases} \gt0 &\text{系统从外界吸热} \ \lt0 &\text{系统从外界放热} \tag{5} \end{cases}$$
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热力学系统中的过程 # 首先声明几个概念： 热力学系统：大量分子组成的宏观物质系统 热力学过程：当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程 准静态过程：在一个系统发生变化的过程中，每一时刻都无限接近于一个平衡态，可以视作由一系列依次接替出现的平衡态组成的过程。这是对"无限缓慢"的实际过程的近似描述 在以下的问题中，我们重点讨论准静态过程，甚至可以说我们讨论的所有过程都是准静态的。 准静态过程 # 首先还是解释几个概念 弛豫时间：系统由非平衡态趋于平衡态所需时间 无限缓慢：微小变化的时间远大于弛豫时间，换句话说就是在发生变化之前，系统已经进入平衡状态 Q：那么怎么评定一个过程是准静态过程呢？ 要满足以下几个条件： 系统每个时刻处于力的平衡，否则会产生有限压差破坏准静态过程 系统每个时刻处于热的平衡 准静态过程能用以下图像描述，该图像中的状况也就是我们重点讨论的几种情形 Q：那么请问，把一个温度为$T_1$的固体和一个温度为$T2$的固体接触，这个传热过程是否为准静态过程？ 明显不满足热平衡的条件，经过的每一个中间过程都不是平衡态，自然不是准静态过程 功 # 关于功和功率的问题民那在高中期间应该都是比较熟练的了，定义什么的都不在多说了。 气体对外界做的功，我们可以很容易的用微积分写出来(由于dbar在katex里敲不出来，故用$\delta$代替) $$\delta A=pSdl=pdV\tag{1}$$ $$A=\int{1}^{2}\delta A=\int_{1}^{2}pdV\tag{2}$$ 我们以一个准静态的等温过程为例 不妨设： 物质的量：$\nu$,温度：$T$,体积：$V_1\to V2$ 则能够得到如下公式 $$A=\int{V_1}^{V2}pdV=\int{V_1}^{V_2}\frac{\nu RT}{V}dV=\nu RT\ln(\frac{V_2}{V_1})\tag{3}$$ Q：功在过程中是个什么量呢？ 我们很轻易就能看出来，功在图像中反应为一个定积分，则很明显它是一个过程量 功是力学相互作用下的能量转移 热力学认为力是一种广义力，所以功也是广义功 只有在系统状态变化过程中才有能量转移 只有在广义力作用（如体积变化、电量迁移等）后才作了功。 非准静态过程的功很难计算 功也有正负之分 内能 # 先说概念 绝热过程：系统在被绝热壁与外界隔绝的情况下与外界发生相互作用的过程 绝热系统：只能以功的方式与外界交换能量的系统作功可改变系统的状态 内能：任何一个热力学系统，都存在一个只依赖于内部运动状态的态函数，当系统从平衡态1经过一个绝热过程达到平衡态2时，这个函数的增量等于外界对系统所做的绝热功 内能的一个可操作定义 # 某一过程中，系统绝热，对外做功为$A$,由绝热功的可定义 $$U_2-U_1=-A\tag{4}$$ 即以绝热方式做功，外界所做的“绝热功”等于系统内能的增量 内能的微观解释 # 分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· 注：过程中保持不变的能量不必计入内能，如：温度不太高时，不考虑分子内部原子结合能，核能··· 热量 # 除功外，传热也可改变系统的状态，即系统吸热或放热会使系统的内能发生变化。 传热条件：系统和外界温度不同且不绝热 $$\delta Q\begin{cases} \gt0 &\text{系统从外界吸热} \ \lt0 &\text{系统从外界放热} \tag{5} \end{cases}$$