大学物理1ppt课件

.,1,同学们好!,.,2,热学是研究自然界中一切热现象和热运动规律的学科,第二篇热学,.,3,它包括分子物理学和热力学两个方面：,分子物理学(更普遍地称为统计物理学):是从物质的微观结构出发，认为物体的宏观性质是大量分子无规则热运动的平均效果,用统计的方法研究物体的宏观性质。,能对热现象本质进行理论解释,热力学:是从能量守恒和转化的角度来研究热运动规律的，不涉及物质的微观结构。它根据由观察和实验所总结出的基本规律(主要是热力学第一定律、第二定律等)，用逻辑推理的方法，研究物体的宏观性质及宏观过程进行的方向和限度等。,不能阐述热现象的本质,系统的宏观描述与微观描述,.,4,1.宏观物体是由大量分子组成2.分子在做永不停息的无规则的热运动3.分子之间有相互作用力(斥力和引力),分子运动论的基本观点：,.,5,2.物质分子在不停地做无规则热运动,分子、原子微粒无规则运动遵守经典力学或量子力学规律。,扩散现象和布朗运动可以表明这一点。,二者大小随分子间距的变化而变化,.,6,热力学的是研究热现象的宏观理论，以大量的经验事实和实验结果为依据，经过严密的逻辑推理得出物质系统宏观性质直接的联系，进而揭示热现象的有关规律。,第5章热力学基础,本章教学内容:,热力学状态及其描述,热力学第零定律温度,功热量内能,热力学第一定律,热力学第二定律卡诺定理,*熵熵增原理,*热力学第三定律,循环过程卡诺循环,.,7,教学基本要求：,一、掌握内能、功和热量等概念；理解准静态过程.,二、掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量.,三、理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率.,四、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律和熵增加原理以及热力学第三定律.,.,8,5.1热力学基本概念,热力学系统外界,.,9,热力学：即热力学系统的状态（宏观物理性质）及状态变化（宏观物理过程）的规律。,一个孤立系统若不受外界影响（无物质和能量交换），则系统的宏观特性（如温度、压强等）长时间不随时间改变的状态称为平衡态。,处于平衡态中的气体，其分子仍不停作热运动，但其总体平均效果不随时间改变，是一种动态平衡。,平衡态、状态参量,描述平衡态的参量称为状态参量，如体积、压强、温度等。气体处于平衡态的标志是状态参量P、V、T各具有确定的量值，且不随时间变化。,.,10,系统状态变化热力学过程,.,11,相平面相图,以状态参量为坐标变量,.,12,（1）引入温度参量的实验依据热力学第零定律,达到热平衡的物体温度相同,热力学第零定律,5.2热力学第零定律温度,.,13,（2）温标,温度的数值表示法,规定水在1个大气压下的冰点为0度，沸点为100度，中间的温度以水银的体积膨胀为准，单位,在理想气体存在的范围内，它和热力学温标一致,规定水在1个大气压下的冰点为273.16K,.,14,热力学主要研究系统能量的转换规律,一、系统内能E,狭义：所有分子热运动能量和分子间相互作用势能,5.3内能功热量,.,15,1.内能E是状态函数内能变化E只与初末状态有关，与所经过的过程无关，可以在初、末态间任选最简便的过程进行计算。,二、功和热量,注意：非静态过程不适用,1.准静态过程的体积功,.,16,示功图：p-V图上过程曲线下的面积,外界对系统做功,循环过程的功,.,17,.,18,2.热量和热容量,热容量:,摩尔热容量:,.,19,3.A与Q比较,E改变方式,特点,能量转换,量度,做功,热传递,.,20,5.4热力学第一定律及其应用,一、热力学第一定律,理想气体准静态过程:,.,21,2.物理意义：,涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律,第一类永动机：系统不断经历状态变化后回到初态，不消耗内能，不从外界吸热，只对外做功。,.,22,二、对理想气体的应用,1.等体过程（dV=0V=c),.,23,2）热力学第一定律的具体形式,3）等体摩尔热容,吸热全部用于增加内能:,做功：吸热：内能增量：,.,24,2.等压过程（dp=0p=c),2)热力学第一定律的具体形式,做功：吸热：内能增量：,.,25,3)等压摩尔热容,迈耶公式,泊松比,.,26,讨论:,.,27,3.等温过程（dT=0T=c),2）热力学第一定律的具体形式,吸热全部用于对外做功,内能增量：做功：吸热：,.,28,3）摩尔热容,.,29,1）过程方程,热力学第一定律,.,30,2）绝热线,微观解释:,等温,绝热,.,31,3)热力学第一定律的具体形式,4)摩尔热容,吸热：内能增量：做功：,.,32,5.*多方过程(一般情况),.,33,.,34,.,35,小结：,2.,.,36,练习1,理想气体自由膨胀，去掉隔板实现平衡后压强p=?,.,37,一定量的理想气体，在pT图上沿着一条直线从平衡态a变化到b则这是一个：（）,(A)绝热膨胀（B）等容吸热(C)吸热压缩（D）吸热膨胀,练习2,答案:（D）,.,38,练习3,理想气体的下列过程，哪些是不可能发生的？,答案：不可能发生的有：（1），（2），（3）,.,39,热力学：紧密围绕热机的研究和应用,热机：将热能转化为机械能的机器，其工作特点是工作物质重复进行某些过程，不断吸热做功,一、循环过程,定义：系统经历一系列变化后又回到初始状态的整个过程叫循环过程。,.,40,3.正循环及其效率,特征:,.,41,效率:,.,42,热机效率:,.,43,例一:,.,44,.,45,4.逆循环及致冷系数,特点:,.,46,实例：电冰箱,致冷系数：,注意：这里的Q2仅是循环过程中系统从冷库吸收的热量衡量致冷的效果。,.,47,介绍：,空调机的循环,.,48,二、卡诺循环,卡诺，SadiCarnot(17961832)法国青年工程师，热力学创始人之一。,1.研究循环过程的理想模型卡诺循环,.,49,如何在PV图中表示？,怎样才简单？热源最少!,.,50,1）与两个恒温热源交换能量,2）不与其它热源交换能量,.,51,卡诺循环过程：,.,52,2.理想气体的卡诺循环,1）正循环的效率,等温过程：,绝热过程：,.,53,.,54,1.卡诺机必须有两个热源；其效率与工作物质无关，只与两热源温度有关。,越小越好，但低温热源的温度为外界大气的温度，不宜人为地改变，只能提高高温热源温度。,注意:,.,55,等温过程：,绝热过程：,2)逆循环的致冷系数,.,56,.,57,.,58,练习1.,一卡诺机进行如图两个循环，请判断那项正确：,答案：（4）正确,.,59,练习2.,.,60,将一台家用电冰箱视为理想卡诺致冷机，放在,求做一盘冰所需的功，所需时间，所要求的电功率各为多少？,练习3.,.,61,解：致冷系数,.,62,进行如图循环过程,求：,练习4.,解：,.,63,哪些过程吸热？,.,64,.,65,与A内能相同的点必与A在同一条等温线上，,由,与A有相同内能的状态为,.,66,设一暖气装置由一台卡诺热机和一台卡诺致冷机组合而成。热机靠燃料燃烧释放的热量工作并向暖气系统中的水放热，同时带动致冷机。致冷机自河水中吸热，也向暖气系统放热。假定热机锅炉的温度为河水的温度为，暖气系统的温度为，设煤的燃烧值求每燃烧1kg煤，暖气系统中的水获得热量是多少？是煤发出热量的几倍？,练习5.,.,67,练习5.,1)画出问题的能流图,2)视为卡诺热机计算,每燃烧1kg煤,卡诺热机:,解：,.,68,卡诺致冷机:,暖气系统得热：,.,69,练习6.,一定量的单原子分子理想