把所要琢磨的对象物态参量

把所要琢磨的对象物态参量

更新时间:2019-06-22 13:01点击数:文字大小:

  长江大学教学课件 大学物理学电子教案 热力学第肯定律 12-1 气体物态参量 均衡态 理思 - 气体物态方程 13-1 准静态进程 功 热量 - 13-2 内能 热力学第肯定律 - 第二一面 热学 什么是热学? 什么是热学? ?宏观物体是由多量的微观粒子 宏观物体是由多量的微观粒子——分子、原 分子、 宏观物体是由多量的微观粒子 分子 子等构成的 ?微观粒子的无礼貌的运动,称为热运动 微观粒子的无礼貌的运动, 微观粒子的无礼貌的运动 称为热运动 ?热学是斟酌热运动的次序及其对物质宏观性 热学是斟酌热运动的次序及其对物质宏观性 质的影响, 质的影响,以及与其他运动状态之间的转化 的物理学分支 物理学的第三次大归纳 物理学的第三 物理学的第三次大归纳是从热学着手的, 物理学的第三次大归纳是从热学着手的,涉及 观与微 到宏观与微观两个目标 . 宏观外面热力学的两大基础定律: 第肯定律, 即 宏观外面热力学的两大基础定律 第肯定律 能量守恒定律; 第二定律, 能量守恒定律 第二定律 即熵增添定律 . 科学家进一步追根问底, 希图从分子和原子的微 科学家进一步追根问底 观目标上来证明物理次序, 观目标上来证明物理次序 气体分子动外面应运而生 . 玻尔兹曼与吉布斯发扬了经典统计力学 . 玻尔兹曼与吉布斯发扬了经典统计力学 热力学与统计物理的发扬, 加紧了物理学与化学 热力学与统计物理的发扬 的合联, 的合联 竖立了物理化学这一门交叉科学 . 斟酌对象 与温度相合的物理性子的转移。 热景色 : 与温度相合的物理性子的转移。 热运动 : 组成宏观物体的多量微观粒子的永不 歇止的运动 . 斟酌对象特色 单个分子 无序、具有有时性、服从力学次序. 单个分子 — 无序、具有有时性、服从力学次序. 完全(多量分子) 完全(多量分子)— 顺服统计次序 . 微观量:形容局部分子运动状况的物理量(弗成 观量:形容局部分子运动状况的物理量( v 直接衡量), ),如分子的 直接衡量),如分子的 m , v 等 . 宏观量:展现多量分子团体特色的物理量(可直 观量:展现多量分子团体特色的物理量( 接衡量) 接衡量), 如 p , V , T 等 . 微观量 斟酌门径 统计均匀 宏观量 1. 热力学 —— 宏观形容 实践经历总结, 给出宏观物体热景色的次序, 实践经历总结, 给出宏观物体热景色的次序, 从能量见地开赴, 从能量见地开赴,剖释斟酌物态转移进程中热功转 换的干系和条款 . 特征 1)具有牢靠性; )具有牢靠性; 2)知其然而不知其因而然; )知其然而不知其因而然; 3)操纵宏观参量 . ) 2. 气体动外面 —— 微观形容 斟酌多量数宗旨热运动的粒子体例, 斟酌多量数宗旨热运动的粒子体例,操纵模 型假设和统计门径 . 特征 1)揭示宏观景色的本色; 1)揭示宏观景色的本色; 2)有部分性,与现实有偏向,弗成自便执行 . )有部分性,与现实有偏向, 两种门径的干系 热力学 相辅相成 气体动外面 第十三章 热力学基本 热力学是斟酌热景色的宏观外面——凭据实践总结出来的热 凭据实践总结出来的热 热力学是斟酌热景色的宏观外面 力学定律,用慎密的逻辑推理的门径, 力学定律,用慎密的逻辑推理的门径,斟酌宏观物体的热力 学性子。 学性子。 热力学不涉及物质的微观机合, 热力学不涉及物质的微观机合,它的重要外面基本是热力学 的三条定律。 的三条定律。 本章的实质是热力学第肯定律和热力学第二定律。 本章的实质是热力学第肯定律和热力学第二定律。 12-1 气体物态参量 均衡态 - 理思气体物态方程 一、气体物态参量 1、体例与外界 、 热力学体例(简称体例) 热力学体例(简称体例) 正在热力学中,把所要斟酌的对象, 正在热力学中,把所要斟酌的对象,即由多量微观粒子 热力学体例。 构成的物体或物体例称为热力学体例 构成的物体或物体例称为热力学体例。 体例的外界(简称外界) 体例的外界(简称外界) 可能与所斟酌的热力学体例产生彼此效力的其它物体, 可能与所斟酌的热力学体例产生彼此效力的其它物体, 称为外界 外界。 称为外界。 2、气体的物态参量 、 把用来形容体例宏观状况的物理量称为状况参量。 气体的宏观状况能够用V、 、 气体的宏观状况能够用 、P、T 形容 体积V—— 几何参量 体积 压强p——力学参量 压强 力学参量 温度T——热力学参量 温度 热力学参量 3、证明 、 气体的p 是形容多量分子热运动团体特色的物理量, 气体的 、V、T 是形容多量分子热运动团体特色的物理量, 而气体分子的质地、 是宏观量,而气体分子的质地、速率等是形容局部分子运动的 物理量, 物理量,是微观量。 二、p 、V、T 的单元 、 1、气体的体积V 、气体的体积 气体的体积V是指气体分子无礼貌热运动所能抵达的空间。 气体的体积 是指气体分子无礼貌热运动所能抵达的空间。 是指气体分子无礼貌热运动所能抵达的空间 对付密闭容器中的气体,容器的体积即是气体的体积。 对付密闭容器中的气体,容器的体积即是气体的体积。 单元: 单元:m3 2、压强 、压强p 压强P是多量分子与容器壁相碰撞而出现的, 压强 是多量分子与容器壁相碰撞而出现的,它等于容器 是多量分子与容器壁相碰撞而出现的 壁上单元面积所受到的正压力。 壁上单元面积所受到的正压力。 p=F/S 单元: 1Pa=1N.m-2 单元: 尺度大气压 1atm=76cm.Hg=1.013×105Pa × 3、温度 、温度T 温度的凹凸反应分子热运动激 烈水平。 烈水平。 (1)热力学温标 ,单元:K 热力学温标T,单元: 热力学温标 (2)摄氏温标 ,单元:0C 摄氏温标t 单元: 摄氏温标 00C——水的三相点温度 水的三相点温度 1000C——水的欢腾点温度 水的欢腾点温度 T = 273.15 + t 三、均衡态 1、界说 、 一个人例与外界之间没有能量和物质的转达, 一个人例与外界之间没有能量和物质的转达,体例的能量也 没有转化为其它外面的能量, 没有转化为其它外面的能量,体例的构成及其质地均不随时 间而转移,物态参量也不随光阴转移,如此的状况叫做热力 间而转移,物态参量也不随光阴转移,如此的状况叫做热力 学均衡态。 学均衡态。 2、证明 、 (1)均衡态是一个理思状况; )均衡态是一个理思状况; (2)均衡态是一种动态均衡; )均衡态是一种动态均衡; (3)对付均衡态,能够用 图上的一个点来展现。 )对付均衡态,能够用pV 图上的一个点来展现。 p 真空膨胀 ( p ,V ,T ) p ,V , T ( p ,V ,T ) p ,V , T o V 均衡态的特征 p ( p ,V , T ) ( p ,V , T ) o V (1)简单性 (p,T 处处相称); ) , 处处相称) 平稳性—— 与光阴无合; 与光阴无合; (2)物态的平稳性 )物态的平稳性 (3)自愿进程的止境; )自愿进程的止境; (4)热动均衡(有别于力均衡). )热动均衡(有别于力均衡) 四、理思气体的物态方程 1、物态方程 、 正在p、V、T 三个状况参量之间肯定存正在某种干系,即个中一 、 、 三个状况参量之间肯定存正在某种干系, 个状况参量是其它两个状况参量的函数, T=T(P,V) 个状况参量是其它两个状况参量的函数,如 ——肯定量气体处于均衡态时的物态方程 肯定量气体处于均衡态时的物态方程 2、理思气体的界说 、 正在温度不太低(与室温比拟 和压强不太大 与大气压比拟)时 正在温度不太低 与室温比拟)和压强不太大 与大气压比拟 时, 与室温比拟 和压强不太大(与大气压比拟 有三条实践定律 Boyle-Mariotte定律 等温进程中 pV=const 定律 Gay-Lussac定律 定律 等体进程中 p/T=const Charles定律 定律 等压进程中 V/T=const Avogadro定律:正在同样的温度和压强下,相通体积的气体含 定律: 定律 正在同样的温度和压强下, 有相通数目的分子。正在尺度状况下, 摩尔任何气体所占领的 有相通数目的分子。正在尺度状况下,1摩尔任何气体所占领的 体积为22.4升。 体积为 升 理思气体的界说: 理思气体的界说:正在任何情形下都恪守上述三个实践定律 和Avogadro定律的气体称为理思气体。 定律的气体称为 3、理思气体的物态方程 、 对肯定质地的 同种气体 p1V1 p 2V 2 = T1 T2 m′ 理思气体物 RT pV = νRT = 态方程一 M 摩尔气体常量 R = 8 . 31 J ? mol ? 1 ? K ? 1 体例总质地, 摩尔质地, m ′ m体例总质地,M 摩尔质地, 单个分子质地 m′ = Nm 理思气体物 态方程二 M = NAm p = nkT ?23 k = R / N A = 1.38 × 10 J?K ?1 k 称为玻耳兹曼常量 称为玻耳兹曼常量. n =N/V,为气体分子数密度 ,为气体分子数密度. 13-1 准静态进程 功 热量 一、准静态进程 1、热力学进程 、 当体例的状况随光阴转移时, 当体例的状况随光阴转移时, 咱们就说体例正在始末一个热力 学进程,简称进程。 2、非静态进程 、 正在热力学进程的产生时, 正在热力学进程的产生时, 体例往往由一个均衡状 态源委一系列状况转移 后抵达另一均衡态。 后抵达另一均衡态。如 果中央状况为非均衡态, 果中央状况为非均衡态, 则此进程称非静态过 程。 饱动活塞压缩汽缸内 的气体时, 的气体时,气体的体 密度、 积、密度、温度或压 强都将转移 为从均衡态反对到新平 衡态竖立所需的光阴称 弛豫光阴。 为弛豫光阴。 3、准静态进程 、 即使一个热力学体例进程正在始末两均衡态之间所始末的之 中央状况,能够近似作为均衡态, 中央状况,能够近似作为均衡态,则此进程为准静态过 程。 ?准静态进程唯有正在举办的“无尽平缓”的条款下才可 准静态进程唯有正在举办的“ 准静态进程唯有正在举办的 无尽平缓” 能完成。 能完成。 ?对付现实进程则哀求体例状况产生转移的特色光阴远 对付现实进程则哀求体例状况产生转移的特色光阴远 证明: 证明: 庞大于弛豫光阴才可近似看作准静态进程。 庞大于弛豫光阴才可近似看作准静态进程。 图上的一条弧线展现, 体例的准静态转移进程可用pV 图上的一条弧线展现, 称之为进程弧线。 称之为进程弧线。 进程弧线 p 砂子 活塞 气体 p1 p2 1( p1,V1,T1) 2( p2 ,V2 ,T2 ) V1 V2 o V 二、 功 当气体作无摩擦的准静态膨胀或压缩时, 当气体作无摩擦的准静态膨胀或压缩时, 为了撑持气体的均衡态, 为了撑持气体的均衡态,外界的压强必定 等于气体的压强。 等于气体的压强。 dW = Fdl = pSdl = pdV W=∫ pdV = V1 V2 P 证明 ?体例所作的功与体例的始末状况相合, 体例所作的功与体例的始末状况相合, 体例所作的功与体例的始末状况相合 况且还与途径相合,是一个进程量。 况且还与途径相合,是一个进程量。 O V dV 1 V2 V ?气体膨胀时,体例对外界作功 气体膨胀时, 气体膨胀时 气体压缩时, 气体压缩时,外界对体例作功 体例对外界所作的 ?作功是改革体例内能的一种门径 作功是改革体例内能的一种门径 功等于pV 功等于pV 图上过 ?本色:通过宏观位移来告终的:呆滞运动→ 程弧线下面的面积 本色: 本色 通过宏观位移来告终的:呆滞运动→ 分子热运动 宏观运动能量 热运动能量 功是能量转达和转换的 量度, 量度,它惹起体例热运 动状况的转移 . 当心: 当心:作功与进程相合 . 三、 热量 1、例子 、 外界向体例转达热量,体例内能增大: 外界向体例转达热量,体例内能增大:加热水 体例向外界转达热量,体例内能减小。 体例向外界转达热量,体例内能减小。 2、界说 、 体例与外界之间因为存正在温度差而转达的能量叫做热量。 3、本色 、 外界与体例彼此换取热量。 外界与体例彼此换取热量。 分子热运动→分子热运动 分子热运动 分子热运动 T1 T2 T1 Q T2 证明 ?热量转达的众少与其转达的形式相合 热量转达的众少与其转达的形式相合 ?热量的单元:焦耳 热量的单元: 热量的单元 功与热量的异同 1)进程量:与进程相合; )进程量:与进程相合; 2)等效性:改革体例热运动状况效力相通; )等效性:改革体例热运动状况效力相通; 1卡 = 4.18 J , 1 J = 0.24 卡 卡 3)功与热量的物理本色差异 . ) 功 宏观运动 分子热运动 热量 分子热运动 分子热运动 13-2 内能 热力学第肯定律 - 一、内能 热力学体例的能量取决于体例的状 态——内能。 证明 1、理思气体的内能仅是温度的 、 函数 2、热力学体例内能的转移是通 、 过体例与外界换取热量或外界对 体例作功来完成的 3、体例内能的增量只与体例起 、 始与中断位子相合, 始与中断位子相合,而与体例所 始末的进程无合 状况, 实践外明体例从 A 状况转移到 B 状况,能够采 用做功和传热的门径,不管源委什么进程, 用做功和传热的门径,不管源委什么进程,只须始 末状况确定, 末状况确定,做功和传热之和仍旧褂讪 . p A* 2 1 *B p A* 2 1 *B o V o V W A1B + Q A1B = W A 2 B + Q A 2 B W A1 B 2 A + Q A1 B 2 A = 0 体例内能的增量只与体例肇始和中断状况有 合,与体例所始末的进程无合 . p A* 2 1 *B p A* 2 1 *B o V o V ? E AB = C ? E A1 B 2 A = 0 二、热力学第肯定律 1、实质 、 体例从外界摄取的热量,一一面使体例的内能增添, 体例从外界摄取的热量,一一面使体例的内能增添,另 一一面使体例对外界作功 Q = ?E + W = ( E 2 ? E1 ) + W 对付微细进程 dQ = dE + dW 2、本色 、 热力学第肯定律是搜罗热景色正在内的能量守恒定律, 热力学第肯定律是搜罗热景色正在内的能量守恒定律,对 热景色正在内的能量守恒定律 任何物质的任何进程都设置。 任何物质的任何进程都设置。 3、证明 、 ?符号规章: 符号规章: 符号规章 Q = ?E + W = ( E 2 ? E1 ) + W 热量Q: 正号——体例从外界摄取热量 热量 : 正号 体例从外界摄取热量 负号——体例向外界放出热量 负号 体例向外界放出热量 功 W: 正号——体例对外界作功 : 正号 体例对外界作功 负号——外界对体例作功 负号 外界对体例作功 内能Δ :正号——体例能量增添 内能ΔE:正号 体例能量增添 负号——体例能量减小 负号 体例能量减小 ?策动中,各物理量的单元是相通的,正在SI制中为 策动中,各物理量的单元是相通的, 制中为J 策动中 制中为 三、热力学第肯定律的另一种外述 1、第一类永动机 、 不须要外界供应能量, 不须要外界供应能量,也不须要打发体例 的内能,但能够对外界作功。 的内能,但能够对外界作功。 第一类永动机 违反了能量守 恒定律, 恒定律,所以 是不行够完成 的 2、热力学第肯定律的另一种外述 、 第一类永动机是不行够变成的。 第一类永动机是不行够变成的 小 ?热学的斟酌对象及其分类 热学的斟酌对象及其分类 ?气体物态参量 气体物态参量 ?均衡态与准静态进程 均衡态与准静态进程 ?理思气体的物态方程 理思气体的物态方程 ?热力学第肯定律 热力学第肯定律 结 ?功 功 ?热量 热量 ?内能 内能 W=∫ pdV = V1 V2 Q = ?E + W 功课

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