大學物理下課件-熱學熱力學定律

1、通知*今天交作業(yè)No.10。請分班收齊， 按照學號排列。*請在本周以內(nèi)補交所缺作業(yè)。同學們好！ 我們的目標是超越工具主義者的發(fā)展模式，尋求一種全球的倫理學，在生態(tài)和文化兩個方面皆重視地球上的生命共同體，并把它看作是世界對這種倫理學的檢驗。 H.羅爾斯頓純羊毛標志?1)統(tǒng)計物理物質的微觀結構粒子的熱運動統(tǒng)計方法平均效果確定宏觀量與微觀量的聯(lián)系，描述熱現(xiàn)象的規(guī)律和本質由基本假設構造性理論微觀理論熱學發(fā)展歷史的兩大特征：技術物理技術模式兩種研究方法兩種理論前言第二十章 熱力學第一定律和第二定律2)熱力學歸納觀測實驗熱現(xiàn)象基本定律，宏觀過程進行的方向和限度，不涉及微觀本質永動機是不可能成功的自然遵循什

2、么法則由現(xiàn)象出發(fā)原理性理論宏觀理論3)相互關系：互相補充，相輔相成統(tǒng)計物理熱力學宏觀理論，基本結論來自實驗事實，普遍可靠，但不能解釋其微觀本質微觀理論，揭示熱現(xiàn)象本質驗證其理論解釋其理論熱力學定律自然界中居支配地位的定律熱力學第二定律的創(chuàng)始人德.18221888英.18241907熱力學第一定律的創(chuàng)始人英.18181889德.18211894德.18141878結構框圖熱力學系統(tǒng)內(nèi)能變化的兩種量度功熱量熱力學 第一定律熱力學 第二定律等值過程絕熱過程循環(huán)過程卡諾循環(huán)應用（理想氣體）（對熱機效率的研究）學時： 820.1 熱力學基本概念一、熱力學系統(tǒng) 外界大量粒子組成的宏觀、有限的體系。其比鄰環(huán)

3、境稱為外界開放系統(tǒng) 封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)與外界有 m、E 交換與外界有 E 交換，無 m 交換與外界無 E、m 交換1. 描述系統(tǒng)宏觀性質的物理量：p、T、V、E .廣延量強度量無可加性，如 p、T平衡態(tài)狀態(tài)參量有確定的值絕熱例開放系統(tǒng) 封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)二、狀態(tài)參量、 熱力學過程熱力學:研究熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)及狀態(tài)變化2、系統(tǒng)狀態(tài)變化熱力學過程非靜態(tài)過程 中間狀態(tài)不是平衡態(tài)準靜態(tài)過程（平衡過程）過程進行得足夠緩慢中間狀態(tài) 平衡態(tài)例：氣體自由膨脹氣體等溫膨脹3. 相平面 相圖以狀態(tài)參量為坐標變量 相平面、 相空間相圖中的點對應平衡態(tài)相圖中的線對應平衡過程例：等溫、等壓、等體過程的相圖非靜態(tài)過程不能在相

4、圖中描述。三、系統(tǒng)內(nèi)能熱力學主要研究系統(tǒng)能量轉換規(guī)律1.系統(tǒng)內(nèi)能 E狹義：所有分子熱運動能量和分子間相互作用勢能的總和。例：實際氣體理想氣體(剛性分子)2. 內(nèi)能 是狀態(tài)函數(shù) 內(nèi)能變化 只與初末狀態(tài)有關，與所經(jīng)過的過程無關，可以在初、末態(tài)間任選最簡便的過程進行計算。EE四、功和熱量注意：非靜態(tài)過程不適用1. 準靜態(tài)過程的體積功3. 內(nèi)能變化方式做功熱傳遞示功圖： p - V 圖上過程曲線下的面積系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功循環(huán)過程的凈功思考：注意：功是過程量過程不同，曲線下面積不同（可正、可負、可零）2. 熱量中學比熱熱容摩爾熱容等體摩爾熱容等壓摩爾熱容熱量是過程量注意摩爾數(shù)該過程摩爾熱容溫度

5、差3. A 與 Q 比較E改變方式特點能量轉換量度做功熱傳遞與宏觀位移相聯(lián)系通過非保守力做功實現(xiàn)機械運動熱運動A與溫差相聯(lián)系通過分子碰撞實現(xiàn)熱運動熱運動Q在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中，A、Q、E 間數(shù)量關系包含熱運動和機械運動范圍的能量守恒定律熱力學第一定律20.2 熱力學第一定律及其應用一. 熱力學第一定律準靜態(tài)dQ=dE+pdV理想氣體微小過程：dQ=dE+dA增量微小量微小量1. 數(shù)學形式系統(tǒng)從外界吸熱=內(nèi)能增量+系統(tǒng)對外界做功2. 物理意義涉及熱運動和機械運動的能量轉換及守恒定律。3.其它表述：第一類永動機是不可能制成的。第一類永動機：系統(tǒng)不斷經(jīng)歷狀態(tài)變化后回到初態(tài)，不消耗內(nèi)能，不從外界吸熱，

6、只對外做功蓄水槽發(fā)電機泵電池蓄水槽重力型浮力型毛細型子母型流水落差的永動機亨內(nèi)考的永動機達芬奇的永動機浮力型的永動機第一類永動機：系統(tǒng)不斷經(jīng)歷狀態(tài)變化后回到初態(tài)，不消耗內(nèi)能，不從外界吸熱，只對外做功違反熱力學第一定律即：第一類永動機是不可能制成的。二. 對理想氣體的應用等值過程 等體過程 等壓過程 等溫過程絕熱過程1）過程方程查理定律1. 等體過程 （dV=0 V=c )2） 熱力學第一定律的具體形式3） 等體摩爾熱容單原子分子氣體雙原子分子（剛性）吸熱全部用于增加內(nèi)能由得注意2. 等壓過程 （ dp=0 p=c )1) 過程方程蓋.呂薩克定律2) 熱力學第一定律的具體形式3) 等壓摩爾熱容邁

7、耶公式泊松比單原子分子氣體雙原子剛性分子討論理論值與實驗值差異（P648 ）注意顯示經(jīng)典理論缺陷，是導致近代物理革命原因之一實驗結果：CV隨溫度變化理論值與實驗值差異的原因：經(jīng)典理論認為能量連續(xù)分布，實際上只有 近似連續(xù)， 均是量子化的。隨T升高，轉動、振動能量相繼解凍（被激發(fā)），曲線出現(xiàn)三個臺階。3. 等溫過程 （ dT=0 T=c )1） 過程方程玻意耳 馬略特定律2）熱力學第一定律的具體形式吸熱全部用于對外做功3） 摩爾熱容4. 絕熱過程特點：dQ=0絕熱材料快速進行（如氣體自由膨脹）1） 過程方程熱力學第一定律條件準靜態(tài)理想氣體消去dT2） 絕熱線絕熱線比等溫線陡等溫線 ： pV=恒量 雙曲線過pV圖中某點（A)微觀解釋等溫絕熱3)熱力學第一定律的具體形式4) 摩爾熱容pVo5. * 多方過程(一般情況) 小結：1. P651表 理想氣體典型過程比較小結：2. A準靜態(tài)過程非靜態(tài)過程Q等體絕熱 Q=0等溫（準靜態(tài)）等壓練習1. 理想氣體絕熱自由膨脹，去掉隔板實現(xiàn)平衡后壓強 p=?由絕熱方程解1.解2.哪一個解對？為什么？*絕熱方程對非靜態(tài)過程不適用 一定量的理想氣體，在 pT 圖上沿著一條直線從平衡態(tài) a 變化到 b 則這是 一個：（ ） (A) 絕熱膨 脹（B）等容吸熱 (C) 吸熱壓縮（D）吸熱膨 脹練習 2解：由氣體狀態(tài)方程可得答案：（D）abp2p1