物理教学课件1

1、 热学是研究与热现象有关的规律的科学。 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。 大量分子的无规则运动称为热运动。热学系统热学研究的对象是由大量分子,原子组成的物体第二十一章 热力学第一定律一. 状态参量用来表示物体有关特性的物理量气体状态参量气体的体积V气体分子所能达到的空间m3压强p气体分子作用在容器器壁单位面积上的正压力用来表示一定量气体状态的物理量21.1 平衡态 状态参量温度T 或 t 本质上,物质内部分子运动剧烈程度的反映;宏观上,用来表示物体的冷热程度.热力学温度TK摄氏温度tPa (N/m2)标准大气压(atm)工程大气压(1kg/cm2)厘米汞高(cmHg)二. 平衡状态

2、在不受外界影响下,系统的宏观性质不随时间而变化的状态气体的状态参量(p,V,T)具有一定的量值 当热力学系统的状态随时间变化时,系统经历一个变化过程,如果所经历的所有中间状态,都无限接近平衡态三. 准静态过程理想化的过程，是实际过程的近似。 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞每个分子的速度经常在变化，但是系统的宏观量不随时间变化，是热动平衡。快非平衡态缓慢接近平衡态非准静态过程准静态过程21.2 热力学第零定律 温度热平衡一. 热力学第零定律在一个物体对另一个物体没有宏观作功的条件下,两者间仅有的能量交换热接触的两物体间停止了净能量的交换ABCCC热平衡热平衡热平衡C的状态保持不变

3、热接触 处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有一个相同的宏观性质. 温度 如果两个分开的物体的每一个均与第三个物体处于热平衡,则它们彼此之间也处于热平衡.热力学第零定律二. 温标温度的数值表示法摄氏温标冰点 0度沸点 100度水银柱在0度和100度间 100等分水银温度计1等分相当于1度的温度变化理想气体温标用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确热力学温标完全不依赖于任何测温物质的温标热力学温标与理想气体温标完全一致最基本的温标 理想温标理想气体作为测温物质 理想气体温标一. 理想气体状态方程气体状态方程表征气体平衡状态的三个参量(p,V,T)间关系的关系式理想气体 在任何情况下,都遵守波意

4、耳定律,盖吕-萨克定律和查理定律的气体21.3 理想气体的宏观描述波意耳定律当气体温度保持不变,压强与体积成反比当气体的体积保持不变,压强与热力学温度成正比查理定律当气体的压强保持不变,体积与热力学温度成正比盖吕-萨克定律理想气体状态方程R: 摩尔气体常数: 理想气体的物质的量国际单位制压强用大气压为单位NA: 阿伏加德罗常数N: 一定量理想气体的分子数k: 波耳兹曼常数n=N/V: 单位体积内气体的分子数注意:理想气体是不存在的,他只是真实气体的近似压强不太大(与大气压比较) 温度不太低(与室温比较)二. p-V图 (状态图)pOVp1p2V2V12 (p2,V2,T)1 (p1,V1,T)

5、根据状态方程，系统的压强、体积、温度中任两个量一定，就可确定系统的状态，因此常用P-V 图中的一条曲线来表示系统的准静态过程，曲线上任一点都表示气体的一个平衡态，这种图叫状态图。例1. P116页 习题21-1解:(1).(2). 例2. P116页 习题21-2解:设容器内原有气体v0mol，充气完毕容器内有气体vmol每充一次气 21.4 热力学第一定律一. 热量 内能用在描述能量传递过程中由于温度差异而引起传递能量内能热量热力学系统在一定状态下,具有的能量内能是系统状态的单值函数内能的改变量仅决定于初,末状态,与经历的过程无关理想气体的内能是温度T的单值函数热功当量改变系统内能的方法1.

6、 外界对系统作功 (搅拌水)2. 向系统传递热量 (对水加热)等效的二. 热力学过程中的功和热热力学过程中的功准静态膨胀任一时刻 平衡态pSdl初态V1末态V21.dVpOVp1p2V1V2 dW整个曲线下的面积 总功2.pOVp1p2V2V121p2OVp2p1V11V22pOVp2p1V11V2功与初态,终态及系统所经历的过程有关过程量热力学过程中的热量等温膨胀热库初态: 体积V1 温度T终态: 体积V2 温度T从热库(外界)吸收热量初态: 体积V1 温度T终态: 体积V2 温度T不从外界吸收热量绝热壁 气体不作功 与外界无热量交换 温度保持不变绝热自由膨胀热量是一过程量热传递与初态,终态

7、及系统所经历的过程有关三. 热力学第一定律 设有一系统，外界对系统传递热量Q，系统由内能为E1的初态内能为E2的终态，同时对外作功W 。则由能量守恒，得 系统从外界吸收的热量,一部分使系统的内能增加;一部分用于系统对外作功.第一类永动机 不成立系统从外界吸收热量 正Q系统向外界放出热量 负系统对外界作功(膨胀) 正W 外界对系统作功(压缩) 负系统内能增加(温度升高) 正E2-E1系统内能减少(温度降低) 负 讨论:1. 孤立系统与外界没有相互作用,也没有热量交换的系统 Q=0 W=0E=0内能不变2. 对任意元过程3. 循环过程初态与终态是同一态2pOVp2p1V11V23E=0Q=W2pO

8、Vp2p1V11V23顺时针 正功2pOVp2p1V11V23逆时针 负功21.5 热力学第一定律的应用一. 等容过程特征:气体的容积保持不变 (V=C,dV=0)等容过程中,系统吸收的热量全部用来增加内能,系统不对外作功.pOV2 (p2,V,T2)p2p1V1 (p1,V,T1)理想气体的几个准静态过程二. 等温过程特征:系统的温度保持不变 (T=C,dT=0)pOVp1p2V2V12 (p2,V2,T)1 (p1,V1,T)P在不断变化或等温过程中等温膨胀 理想气体吸收的热量全部转换为对外做的功等温压缩 外界对理想气体做的功,全部转换为传给恒热 源的热量三. 等压过程特征:系统的压强保持不变 (p=C,dp=0)pOVpV2V12 (p,V2,T2)1 (p,V1,T1)或系统 体积 V V+dV 温度 T T+dT 等压过程中,气体所吸收的热量,一部分转换为内能的增量;一部分转换为对外作的功四. 绝热过程特征:系统与外界无热量交换 (Q=0)绝热过程中,只有当气体内能变化时才会作功绝热膨胀正功 内能减少