《黃曉琴熱學(xué)§》PPT課件

熱學(xué) 主講黃曉琴 參考教材 熱學(xué)教程黃淑清等高等教育出版社熱學(xué)李椿高等教育出版社熱學(xué)肖國屏高等教育出版社熱學(xué)趙凱華高等教育出版社大學(xué)物理學(xué) 熱學(xué)張三慧清華大學(xué)出版社 教材 熱學(xué)秦允豪高等教育出版社 1 熱學(xué)研究對(duì)象 物質(zhì)的熱現(xiàn)象和物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的規(guī)律及其應(yīng)用 熱現(xiàn)象 與溫度有關(guān)的物體的狀態(tài)和性質(zhì)的變化 熱運(yùn)動(dòng) 組成物體的大量微觀粒子的一種永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng) 第一章導(dǎo)論 1 1熱學(xué)研究的對(duì)象和方法 1 熱學(xué)研究的方法按照研究方法的不同 熱學(xué)可分為兩門學(xué)科 即熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 它們從不同角度研究熱運(yùn)動(dòng) 二者相輔相成 彼此聯(lián)系又互相補(bǔ)充 1 熱力學(xué) 研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的宏觀理論 從基本實(shí)驗(yàn)定律出發(fā) 通過邏輯推理和數(shù)學(xué)演繹 找出物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)的關(guān)系 得出宏觀過程進(jìn)行的方向及過程的性質(zhì)等方面的結(jié)論 具有高度的普適性與可靠性 但因不涉及物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) 而將物質(zhì)視為連續(xù)體 故不能解釋物質(zhì)宏觀性質(zhì)的漲落 1 統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)的微觀理論 從物質(zhì)由大量微觀粒子組成這一基本事實(shí)出發(fā) 運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法 把物質(zhì)的宏觀性質(zhì)作為大量微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果 找出宏觀量與微觀量的關(guān)系 進(jìn)而解釋物質(zhì)的宏觀性質(zhì) 在對(duì)物質(zhì)微觀模型進(jìn)行簡化假設(shè)后 應(yīng)用統(tǒng)計(jì)物理可求出具體物質(zhì)的特性 還可應(yīng)用到比熱力學(xué)更為廣闊的領(lǐng)域 如解釋漲落現(xiàn)象 1 熱學(xué) 課程的主要內(nèi)容熱力學(xué)基礎(chǔ)溫度 熱力學(xué)第一定律 熱力學(xué)第二定律分子運(yùn)動(dòng)論氣體的壓強(qiáng) 速度分布 輸運(yùn)現(xiàn)象等物質(zhì)的熱性質(zhì)固體 液體的熱性質(zhì)及相變等 1 熱學(xué)發(fā)展簡史 第一階段 從遠(yuǎn)古到十八世紀(jì)初 對(duì)熱的本質(zhì)有了一些不成熟的樸素認(rèn)識(shí) 由于受生產(chǎn)力發(fā)展的制約 沒有作為系統(tǒng)的科學(xué)建立起來 人工取火始于石器時(shí)代1620年培根 FrancisBacon 提出 熱是一種膨脹的 被約束的而在其斗爭中作用于物體內(nèi)部較小的粒子之上的運(yùn)動(dòng) 玻意耳 R Boyle 認(rèn)為熱是物體內(nèi)部產(chǎn)生的強(qiáng)烈而雜亂的運(yùn)動(dòng) 1 第二階段 從十八世紀(jì)初到十九世紀(jì)中葉是熱機(jī)的發(fā)展和熱學(xué)走上實(shí)驗(yàn)科學(xué)的階段十八世紀(jì)蒸汽機(jī)的出現(xiàn)是人類利用熱能方面具有劃時(shí)代的重大突破 1714年德國人華倫海脫制定了華氏溫標(biāo)1742年瑞典人攝爾修斯制定了攝氏溫標(biāo)對(duì)熱的本質(zhì)的問題當(dāng)時(shí)存在兩種對(duì)立的看法 1 熱質(zhì)說 熱是一種可以透入一切物體中的不生不滅無質(zhì)量的流質(zhì)2 熱是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種表現(xiàn) 十九世紀(jì)四十年代末 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律建立之后 熱的運(yùn)動(dòng)說取得了最后的勝利 1 第三階段 十九世紀(jì)中葉到末葉是熱力學(xué)定律建立和完善的階段 熱力學(xué)第一 第二定律建立 分子運(yùn)動(dòng)論和統(tǒng)計(jì)力學(xué)的建立 1 第四階段 二十世紀(jì)是熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)相結(jié)合進(jìn)一步發(fā)展并和其他學(xué)科及近代科學(xué)技術(shù)相結(jié)合的階段 1912年普朗克提出了了熱力學(xué)第三定律1969年普里高津提出了 耗散結(jié)構(gòu) 概念 與此相聯(lián)系的非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)理論 漲落 物質(zhì)的自組織現(xiàn)象 耗散結(jié)構(gòu)等 已成為當(dāng)前統(tǒng)計(jì)物理中最活躍的前沿 1 系統(tǒng)與外界1 熱力學(xué)系統(tǒng) 簡稱系統(tǒng) 熱力學(xué)所研究的對(duì)象稱為熱力學(xué)系統(tǒng) 簡稱系統(tǒng)system 2 系統(tǒng)的外界 簡稱外界 與系統(tǒng)存在密切聯(lián)系的系統(tǒng)以外的部分稱為外界或媒質(zhì) medium 1 2熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài) 1 熱力學(xué)平衡態(tài)一個(gè)系統(tǒng)在不受外界影響的條件下 如果它的宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化 我們就說這個(gè)系統(tǒng)處于熱力學(xué)平衡態(tài) 從本質(zhì)上看平衡態(tài)的概念意味著當(dāng)系統(tǒng)脫離外界影響后 在系統(tǒng)內(nèi)部不存在任何自發(fā)轉(zhuǎn)變的因素 1 注意 與穩(wěn)恒態(tài)的區(qū)別 穩(wěn)恒態(tài)不隨時(shí)間變化 但由于有外界的影響 故在系統(tǒng)內(nèi)部存在能量流或粒子流 穩(wěn)恒態(tài)是非平衡態(tài) 對(duì)平衡態(tài)的理解應(yīng)將 無外界影響 與 不隨時(shí)間變化 同時(shí)考慮 缺一不可 穩(wěn)恒態(tài)實(shí)例 1 狀態(tài)參量 平衡態(tài)的描述當(dāng)系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí) 系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)都不隨時(shí)間而改變 它的狀態(tài)可以用一些獨(dú)立的參量來表示 確定平衡態(tài)的宏觀性質(zhì)的量稱為狀態(tài)參量 常用的狀態(tài)參量有四類 幾何參量 如 氣體體積 力學(xué)參量 如 氣體壓強(qiáng) 化學(xué)參量 如 混合氣體各化學(xué)組分的質(zhì)量和摩爾數(shù)等 電磁參量 如 電場和磁場強(qiáng)度 電極化和磁化強(qiáng)度等 1 說明 1 如果在所研究的問題中既不涉及電磁性質(zhì)又無須考慮與化學(xué)成分有關(guān)的性質(zhì) 系統(tǒng)中又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng) 則不必引入電磁參量和化學(xué)參量