大学物理热学1

1、1大学物理学大学物理学PHYSICS任课教师：刘琳任课教师：刘琳教学目的教学目的1.1.进一步培养自学能力进一步培养自学能力2.2.提高创新意识，培养创新能力提高创新意识，培养创新能力3.3.树立正确的世界观树立正确的世界观. . 培养崇高的科学精神培养崇高的科学精神 同学们在学习中要自觉地受熏陶、受感染，培养崇同学们在学习中要自觉地受熏陶、受感染，培养崇高的品德和科学的精神。高的品德和科学的精神。 物理学的内容充满着科学大师们激动人心的发现和大物理学的内容充满着科学大师们激动人心的发现和大胆的创新，这都与他们在正确世界观的指导下，同束缚胆的创新，这都与他们在正确世界观的指导下，同束缚科学发展

2、的传统思想的决裂分不开，同他们不畏艰辛对科学发展的传统思想的决裂分不开，同他们不畏艰辛对真理的执著追求和崇高的真理的执著追求和崇高的为人为人与与为学为学的品德分不开。的品德分不开。 热热 学学 电磁学本门课的参考教材本门课的参考教材 大学物理学大学物理学张三慧主编，清华大学出版社张三慧主编，清华大学出版社 物理学物理学马文蔚改编，高等教育出版社马文蔚改编，高等教育出版社 普通物理学普通物理学程守洙程守洙、江之永、江之永主编，高等教主编，高等教 育出版社育出版社 大学物理习题分析与解答大学物理习题分析与解答毛骏健毛骏健 顾牡主顾牡主 编，高等教育出版社编，高等教育出版社 大学物理习题册大学物理习

3、题册（下）（下） 河海大学编，为我河海大学编，为我 校这门课的辅助教材校这门课的辅助教材总成绩总成绩 = = 平时成绩平时成绩 + + 期末成绩期末成绩 平时成绩平时成绩 = = 作业作业 + + 考勤（课堂提问）考勤（课堂提问）本门课考核办法：本门课考核办法： 热热 学学 常见的一些现象：常见的一些现象：1 1、一壶水开了，水变成了水、一壶水开了，水变成了水蒸气。蒸气。2 2、温度降到、温度降到00以下，液体的水变成了固体的冰块。以下，液体的水变成了固体的冰块。3 3、气体被压缩，产生压强。、气体被压缩，产生压强。4 4、物体被加热，物体的温度升高。、物体被加热，物体的温度升高。热现象热现象

4、8 自然界中物质与冷热有关的性质及这些性自然界中物质与冷热有关的性质及这些性质变化的规律。质变化的规律。热力学热力学宏观热力学方法。（属宏观理论）宏观热力学方法。（属宏观理论）气体动理论气体动理论微观统计物理学方法。微观统计物理学方法。 （属（属微观理论）微观理论）10 9-1 9-1 热力学的基本概念热力学的基本概念例：若汽缸内气体为系统，其它为外界。例：若汽缸内气体为系统，其它为外界。9-1-1 热力学系统热力学系统孤立系统孤立系统开放系统开放系统封闭系统封闭系统系统系统与外界无与外界无 E 、m交换交换 与外界有与外界有 E 交换，无交换，无 m 交换交换与外界有与外界有 E、m 交换交

5、换 热力学系统热力学系统：把要研究的宏观物体叫做热力学把要研究的宏观物体叫做热力学 系统，简称为系统，又称工作物质。系统，简称为系统，又称工作物质。2 外界外界：热力学系统以外的物体称为外界。热力学系统以外的物体称为外界。11用来表征用来表征宏观物体宏观物体性质和状态的物理量称为性质和状态的物理量称为宏观量宏观量 如：如：P、T、V、E、S . 用来表征用来表征个别分子个别分子性质和运动状态的物理量称为性质和运动状态的物理量称为微观量微观量 221vmv如如： mv，m，等。等。描述气体的状态参量：描述气体的状态参量：压强、体积压强、体积 和和 温度温度体积（体积（V ）：）：气体分子自由活动

6、的空间。气体分子自由活动的空间。国际单位：国际单位：米米3 3（mm3 3 ）12温度（温度（T）：）：温度是表征在热平衡状态下系温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量。统宏观性质的物理量。垂直作用在单位容器壁面积上垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力的气体压力。（P）：）：帕斯卡帕斯卡（Pa = N/m2） 1标准大气压标准大气压 = 1.01325105（Pa）= 760 mmHg 热源C BA热力学第零定律热力学第零定律 如果两个热力学系统中的每一如果两个热力学系统中的每一个都于第三个热力学系统处于个都于第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统彼此也热平衡，则这两个系统彼此也必定处

7、于热平衡。必定处于热平衡。A B13CAA 和和 C 热平衡，热平衡， TA= TC 。摄氏温标摄氏温标 利用水银或酒精的热胀冷缩特性利用水银或酒精的热胀冷缩特性。 标准状态下，水的冰点（标准状态下，水的冰点（0 ），）， 水的沸点（水的沸点（100 ） ，冰点和沸点之差的百分之一规定为冰点和沸点之差的百分之一规定为1 。热力学温标热力学温标摄氏温度摄氏温度 t （）与热力学温度）与热力学温度 T（ K ）的关系）的关系T = 273.15+t 149-1-2 平衡态平衡态 准静态过程准静态过程 在在不受外界影响不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状

8、态，称为间改变的状态，称为平衡态平衡态。 po),(111TVpI),(222TVpII V1. 1. 平衡态平衡态2. 2. 热力学过程热力学过程 把系统状态发生变化的整个历程称为热力学过程。把系统状态发生变化的整个历程称为热力学过程。 简称过程。简称过程。 准静态过程：准静态过程：过程进行得足够缓慢，过程中过程进行得足够缓慢，过程中系统的每一个状态都是平衡态系统的每一个状态都是平衡态。中间状态不是平衡态中间状态不是平衡态。非静态过程：非静态过程：15pV 图上，一点代表一个图上，一点代表一个平衡态平衡态，一条连续曲线代，一条连续曲线代表一个表一个准静态过程准静态过程。 这条曲线的方程称为这

9、条曲线的方程称为过程方程过程方程，准静态过程是一种准静态过程是一种理想的极限理想的极限。 po),(111TVpI),(222TVpII V169-1-3 RTMmPV 表示了理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间表示了理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关系。的关系。一定质量的理想气体一定质量的理想气体 constTpV质量为质量为 m 的理想气体的理想气体 17分子质量分子质量m。, 分子数分子数N , 气体质量气体质量0Nmm 引入普适常量引入普适常量：玻耳兹曼常量玻耳兹曼常量 kJ/K1038. 123AN NR Rk knkTp TNRVNVRTmNNmVRTMmpAA00

10、为单位体积内的分子数为单位体积内的分子数VNn 摩尔质量摩尔质量0mNMA18内能是内能是状态量状态量。理想气体理想气体 内能是温度的单值函数。内能是温度的单值函数。)(TfE),(TVfE 实际气体实际气体2.2.宏观定义宏观定义取决于系统状态的能量。取决于系统状态的能量。1.1.微观实质微观实质分子动能分子动能 + + 各种势能（包括各种势能（包括 原子间及分子间）原子间及分子间）9-2-1 9-2-1 改变系统内能的两条途径改变系统内能的两条途径 热功当量热功当量一一、内能内能19二二. . 改变系统内能的两种方式改变系统内能的两种方式 外界外界做功做功 摩擦升温（机械功）、电加热（电功

11、）摩擦升温（机械功）、电加热（电功） 功是过程量功是过程量 传递热量传递热量 热量是过程量热量是过程量使系统的内能改变，传热和作功是等效的。使系统的内能改变，传热和作功是等效的。热功当量：热功当量：1卡卡 = 4.186 焦耳焦耳 J =calJQW/18. 420 Q 0 系统吸热系统吸热 ，Q 0 系统对外作正功系统对外作正功 ，W 0 外界对系统作功外界对系统作功 。WEQddd1. 数学表示式数学表示式：WEEQ)(12，系统内能增加系统内能增加， ，内能减少内能减少。 012 EE012 EE热力学第一定律微分式：热力学第一定律微分式：9-2-2 9-2-2 热力学第一定律的数学描述

12、热力学第一定律的数学描述符号规定：符号规定：213. 3. 其它表述其它表述：第一类永动机是不可能实现的。第一类永动机是不可能实现的。2. 2. 物理意义物理意义：涉及热运动和机械运动的能量转换及守恒定律。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：第一类永动机： 不需要外界提供能量，但可以继续不断地对外不需要外界提供能量，但可以继续不断地对外做功的机器。做功的机器。 22 dlVPlPSFdlWddd21dVVVPW1. 准静态过程中的功准静态过程中的功129-2-3 9-2-3 准静态过程中热量、功和内能准静态过程中热量、功和内能23体积功的图示体积功的图示 比较比较 a ,

13、b过程可知，功的数值不仅与初态和过程可知，功的数值不仅与初态和末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，末态有关，而且还依赖于所经历的中间状态，功功与过程的路径有关与过程的路径有关。 功是过程量功是过程量由积分意义可知，功的大小等由积分意义可知，功的大小等于于pV 图上过程曲线图上过程曲线 p (V )下下的的面积面积。21VVpdVWbdVp pVa2V1VIoII2p1p24热容量：热容量：物体温度升高一度所需要吸收的热量。物体温度升高一度所需要吸收的热量。TQCdd比热：比热：单位质量物质热容量单位质量物质热容量。TQmcdd111kgKJ单位：单位：单位：单位：1KJ 25 摩尔热容量：

14、摩尔热容量： 1 mol 物质温度升高一度所需要吸收的热量。物质温度升高一度所需要吸收的热量。TQCmdd单位：单位：11KmolJ质量为质量为m，摩尔质量，摩尔质量 M 的系统，在某一微过程中的系统，在某一微过程中吸收的热量为吸收的热量为dTCMmdQm1T2T温度从温度从 升高至升高至 时时，吸收的热量为吸收的热量为 dTCMmQmTT21)(12TTCMmmQ 是过程量。是过程量。26定体摩尔热容量：定体摩尔热容量： 1 mol 气体在体积不变的过气体在体积不变的过程中，温度升高一度所需要吸收的热量。程中，温度升高一度所需要吸收的热量。VmVTQCdd,RiCV2m,（ i 为分子的自由

15、度数为分子的自由度数）单原子气体单原子气体： i = 3 , 氦、氖氦、氖双原子气体双原子气体：i = 5 ，氢、氧、氮氢、氧、氮多原子气体多原子气体：i = 6 ，水蒸汽、二氧化碳、甲烷水蒸汽、二氧化碳、甲烷27定压摩尔热容量：定压摩尔热容量： 1 mol 气体在压强不变的过程中，气体在压强不变的过程中，温度升高一度所需要吸收的热量。温度升高一度所需要吸收的热量。RiTQCPmP12dd,3 3 准静态过程中内能变化的计算准静态过程中内能变化的计算 设想一个状态变化过程，过程中系统的体积不变。设想一个状态变化过程，过程中系统的体积不变。0ddVPWEQVdddTdQCVmV.dTdECmV.dT