大學(xué)物理 吳百詩(shī)主編5-1

1、上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出 1. 宏觀量宏觀量狀態(tài)參量狀態(tài)參量 平衡態(tài)下描述宏觀屬性的相互獨(dú)立的物理量。平衡態(tài)下描述宏觀屬性的相互獨(dú)立的物理量。 如壓強(qiáng)如壓強(qiáng) p、體積、體積 V、溫度、溫度 T 等。等。2. 微觀量微觀量 描述系統(tǒng)內(nèi)個(gè)別微觀粒子特征的物理量。描述系統(tǒng)內(nèi)個(gè)別微觀粒子特征的物理量。 如分子如分子的質(zhì)量、的質(zhì)量、 直徑、速度、動(dòng)量、能量等。直徑、速度、動(dòng)量、能量等。 微觀量與宏觀量有一定的內(nèi)在聯(lián)系。微觀量與宏觀量有一定的內(nèi)在聯(lián)系。上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出3.溫度溫度表征物體的冷熱程

2、度表征物體的冷熱程度 A、B 兩體系互不影響各自兩體系互不影響各自達(dá)到平衡態(tài)達(dá)到平衡態(tài)A、B 兩體系達(dá)到共同的熱兩體系達(dá)到共同的熱平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)AB絕熱板絕熱板初初態(tài)態(tài) AB導(dǎo)熱板導(dǎo)熱板末末態(tài)態(tài) ABC若若 A 和和 B、B 和和 C 分別熱平分別熱平衡，則衡，則 A 和和 C 一定熱平衡一定熱平衡 （熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律）上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出 處在相互熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)擁有某一共同的宏觀處在相互熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)擁有某一共同的宏觀物理性質(zhì)，物理性質(zhì)，這個(gè)性質(zhì)稱為這個(gè)性質(zhì)稱為溫度。溫度。 華氏溫標(biāo)：華氏溫標(biāo)：1714年荷蘭華倫海特建

3、立，以水結(jié)冰的溫年荷蘭華倫海特建立，以水結(jié)冰的溫 度為度為32 F，水沸騰的溫度為水沸騰的溫度為212 F攝氏溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)：1742年瑞典天文學(xué)家攝爾修斯建立，以冰年瑞典天文學(xué)家攝爾修斯建立，以冰 的熔點(diǎn)定為的熔點(diǎn)定為0 C，水的沸點(diǎn)定為，水的沸點(diǎn)定為100 C熱力學(xué)溫標(biāo)：與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，由英國(guó)的開(kāi)爾熱力學(xué)溫標(biāo)：與工作物質(zhì)無(wú)關(guān)的溫標(biāo)，由英國(guó)的開(kāi)爾 文建立，與攝氏溫度的文建立，與攝氏溫度的數(shù)值數(shù)值關(guān)系為關(guān)系為/K/ C273Tt單位為單位為K( (開(kāi)開(kāi)) )，稱為熱力學(xué)溫度，稱為熱力學(xué)溫度。溫標(biāo)：溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示方法。溫度的數(shù)值表示方法。上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè)

4、 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出1.熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)（熱力學(xué)研究的對(duì)象）（熱力學(xué)研究的對(duì)象）大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀物體。大量微觀粒子（分子、原子等）組成的宏觀物體。 外界：外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)與外界交換特點(diǎn)）：系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)與外界交換特點(diǎn)）：孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量又無(wú)物質(zhì)交換孤立系統(tǒng)：與外界既無(wú)能量又無(wú)物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換封閉系統(tǒng)：與外界只有能量交換而無(wú)物質(zhì)交換開(kāi)放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換開(kāi)放系統(tǒng)：與外界既有能量交換又有物質(zhì)交換系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)所處狀態(tài)）系統(tǒng)分類（按系統(tǒng)所處狀態(tài)）平衡態(tài)系

5、統(tǒng)平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)非平衡態(tài)系統(tǒng)上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出平衡態(tài)：平衡態(tài)：在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)宏觀性質(zhì)在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)宏觀性質(zhì)均勻一致、不隨時(shí)間變化的狀態(tài)均勻一致、不隨時(shí)間變化的狀態(tài)。氣體狀態(tài)（氣體狀態(tài)（p,V,T）就是指平衡態(tài)）就是指平衡態(tài)。 狀態(tài)到狀態(tài)是一個(gè)狀態(tài)變化的過(guò)程。若此狀態(tài)到狀態(tài)是一個(gè)狀態(tài)變化的過(guò)程。若此過(guò)程足夠緩慢，這個(gè)過(guò)程中每一狀態(tài)都可近似看作過(guò)程足夠緩慢，這個(gè)過(guò)程中每一狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)。平衡態(tài)。2.2.平衡態(tài)平衡態(tài) 平衡條件平衡條件: (1) 系統(tǒng)與外界在宏觀上無(wú)能量和物質(zhì)的交換，系統(tǒng)與外界在宏觀

6、上無(wú)能量和物質(zhì)的交換， (2) 系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變。非平衡態(tài)非平衡態(tài): 不具備兩個(gè)平衡條件之一的系統(tǒng)。不具備兩個(gè)平衡條件之一的系統(tǒng)。 上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出箱子假想分成兩相同體積的部分，箱子假想分成兩相同體積的部分，達(dá)到平衡時(shí)，兩側(cè)粒子有的穿越達(dá)到平衡時(shí)，兩側(cè)粒子有的穿越界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。界線，但兩側(cè)粒子數(shù)相同。例如：例如：粒子數(shù)粒子數(shù)說(shuō)明：說(shuō)明： 平衡態(tài)是一種理想狀態(tài)平衡態(tài)是一種理想狀態(tài) 處在平衡態(tài)的大量分子仍在作熱運(yùn)動(dòng)，而且因處在平衡態(tài)的大量分子仍在作熱運(yùn)動(dòng)，而且因?yàn)榕鲎?，為碰撞?每個(gè)分子的速

7、度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏每個(gè)分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時(shí)間改變。觀量不隨時(shí)間改變。 平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡平衡態(tài)是一種熱動(dòng)平衡上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出 當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)在外界影響下，從一個(gè)狀態(tài)到另一當(dāng)熱力學(xué)系統(tǒng)在外界影響下，從一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程，稱為個(gè)狀態(tài)的變化過(guò)程，稱為熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱過(guò)程過(guò)程。熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程非靜態(tài)過(guò)程非靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程 3.3.準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，如果過(guò)系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，如果過(guò)程中所有中間態(tài)都可以近似地看作平

8、衡態(tài)的過(guò)程。程中所有中間態(tài)都可以近似地看作平衡態(tài)的過(guò)程。非靜態(tài)過(guò)程：非靜態(tài)過(guò)程：系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過(guò)程中系統(tǒng)從一平衡態(tài)到另一平衡態(tài)，過(guò)程中所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過(guò)程。所有中間態(tài)為非平衡態(tài)的過(guò)程。氣體氣體自由自由膨脹膨脹例：例：氣體氣體等溫等溫膨脹膨脹T上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出CpVT理想氣體的理想氣體的 p，V，T 滿足滿足標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：330,mol22.4 10m /molV0273.15KT 5201.013 10 Pa(N/m )p 或atm1

9、0 C對(duì)質(zhì)量為對(duì)質(zhì)量為m的理想氣體的理想氣體0 00pVpVTT00,mol0molpmVT MmolmRM上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出00,mol0p VRTmolmpVRTM其中其中KJ/mol31.8普適氣體常數(shù)普適氣體常數(shù)222II(,)p V TpO111I(,)p V T V根據(jù)狀態(tài)方程，系統(tǒng)的壓根據(jù)狀態(tài)方程，系統(tǒng)的壓強(qiáng)、體積、溫度中任兩個(gè)量一強(qiáng)、體積、溫度中任兩個(gè)量一定就可確定系統(tǒng)的狀態(tài)，因此定就可確定系統(tǒng)的狀態(tài)，因此常用常用p- -V 圖中的一條曲線來(lái)表圖中的一條曲線來(lái)表示系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，曲線上示系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，曲線上任一點(diǎn)都

10、表示氣體的一個(gè)平衡任一點(diǎn)都表示氣體的一個(gè)平衡態(tài)，這種圖叫態(tài)，這種圖叫狀態(tài)圖。狀態(tài)圖。上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出例題例題5-1 某種柴油機(jī)的汽缸容積為某種柴油機(jī)的汽缸容積為0.827 10- -3m3。設(shè)壓。設(shè)壓縮前其中空氣的溫度縮前其中空氣的溫度47，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 8.5 104 Pa。當(dāng)活塞。當(dāng)活塞急劇上升時(shí)可把空氣壓縮到原體積的急劇上升時(shí)可把空氣壓縮到原體積的1/17，使壓強(qiáng)增加，使壓強(qiáng)增加到到4.2 106Pa，求這時(shí)空氣的溫度。如把柴油噴入汽缸，求這時(shí)空氣的溫度。如把柴油噴入汽缸，將會(huì)發(fā)生怎樣將會(huì)發(fā)生怎樣 的情況？的情況？解解: :

11、本題只需考慮空氣的初狀態(tài)和末狀態(tài)，并且把空本題只需考慮空氣的初狀態(tài)和末狀態(tài)，并且把空氣作為理想氣體。氣作為理想氣體。有有222111TVpTVp222111930Kp VTTp V已知已知 p1=8.5 104Pa, p2=4.2 106Pa,T1=320K，V1:V2=1:17 這一溫度已超過(guò)柴油的燃點(diǎn)，所以柴油噴入汽缸這一溫度已超過(guò)柴油的燃點(diǎn)，所以柴油噴入汽缸時(shí)就會(huì)立即燃燒，發(fā)生爆炸推動(dòng)活塞作功。時(shí)就會(huì)立即燃燒，發(fā)生爆炸推動(dòng)活塞作功。所以所以上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出例題例題5-2 容器內(nèi)裝有氧氣，質(zhì)量為容器內(nèi)裝有氧氣，質(zhì)量為 0.10kg

12、，壓強(qiáng)為，壓強(qiáng)為 10 105 Pa ，溫度為，溫度為 47 C。因?yàn)槿萜髀?，。因?yàn)槿萜髀猓?經(jīng)過(guò)若經(jīng)過(guò)若干時(shí)間后，壓強(qiáng)降到原來(lái)的干時(shí)間后，壓強(qiáng)降到原來(lái)的 5/8，溫度降到，溫度降到 27 C。問(wèn)問(wèn)(1)容器的容積有多大？容器的容積有多大？ (2)漏去了多少氧氣？漏去了多少氧氣？molmpVRTM求得容器的容積求得容器的容積 V 為為33mol8.31 10 mmRTVMp解解: :(1)(1)根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出所以漏去的氧氣的質(zhì)量為所以漏去的氧氣的質(zhì)量為2 3.33 10 kgm m m 2mol6.67 10 kgMp VmRT若漏氣若干時(shí)間之后，壓強(qiáng)減小到若漏氣若干時(shí)間之后，壓強(qiáng)減小到 p ，溫度降溫度降到到 T 。如果用如果用m 表示容器中剩余的氧氣的質(zhì)表示容器中剩余的氧氣的質(zhì)量，從狀態(tài)方程求得量，從狀態(tài)方程求得上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出上頁(yè)上頁(yè) 下頁(yè)下頁(yè) 返回返回 退出退出 選擇進(jìn)入下一節(jié)選擇進(jìn)入下一節(jié) 5-0 教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求 5-1 熱運(yùn)動(dòng)的描述熱運(yùn)動(dòng)的描述 理想氣體模型和理想氣體模型和物物態(tài)方程態(tài)方程 5-2 分子熱運(yùn)動(dòng)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律分子熱運(yùn)動(dòng)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律 5-3 理想氣體的壓強(qiáng)和溫度公式理想