固体液体和气体 热力学基础

当前第1页\共有44页\编于星期二\19点1.固体(1)固体的分类及物理特性固体可以分为晶体和非晶体，而晶体又可以分为单晶体和多晶体.单晶体有规则的几何外形.多晶体和非晶体没有确定的几何形状.晶体有确定的熔点，非晶体没有确定的熔点.单晶体表现为各向异性，多晶体和非晶体表现为各向同性.当前第2页\共有44页\编于星期二\19点(2)晶体的微观结构晶体的宏观特点是由晶体的内部结构决定的，组成晶体的物质微粒依照一定的规律在空间整齐的规则排列，晶体中物质微粒的相互作用很强，微粒的热运动表现为在一定平衡位置附近做微小的振动，这就是晶体的微观结构模型.当前第3页\共有44页\编于星期二\19点2.液体(1)液体的微观结构及物理特性从微观上看有以下特点：液体分子密集在一起，体积不易压缩；分子间距接近固体分子；液体分子在很小的区域内有规则排列，此区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，并且杂乱无章排列，因而液体表现为各向同性；液体分子的热运动虽然与固体分子相似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显出流动性，且扩散比固体快.当前第4页\共有44页\编于星期二\19点(2)液体的表面张力液体表面层的液体分子间距要比液体内部的大一些，因而表面的液体分子呈现为引力.我们把液面各部分间相互吸引的力，叫做液体的表面张力，所以液体表面具有收缩的趋势.当前第5页\共有44页\编于星期二\19点3.液晶物体一方面像液体具有流动性，另一方面又像晶体具有光学、电学性质各向异性，把这种介于晶体和液体之间的状态的物质叫做液晶.由于液晶分子的排列是不稳定的，外界条件(如温度、压力、摩擦、电磁作用等)的微小变化都会引起液晶分子的排列的变化，从而改变液晶的某些性质.4.饱和蒸汽与饱和气压与液体处于动态平衡的汽叫做饱和蒸汽，当前第6页\共有44页\编于星期二\19点没有达到动态平衡的汽叫做未饱和蒸汽，在一定温度下，饱和蒸汽的分子密度是一定的，因而饱和蒸汽的压强也是一定的，这个压强叫做液体的饱和气压，它随温度升高而增大.5.空气的湿度通常用水蒸气的压强p表示绝对湿度.用空气中水蒸气的压强p与同一温度时水的饱和气压ps之比表示该温度下空气的相对湿度，即B=(p/ps)×100%.当前第7页\共有44页\编于星期二\19点

6.热力学第一定律

和

都能改变物体的内能，__

和

对改变物体的内能是等效的.但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：__

是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而

是内能间的转移，热量是内能转移的量度.

外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加ΔU，即ΔU=

，这在物理学中叫做

.做功热传递做功热传递做功热传递Q+W热力学第一定律当前第8页\共有44页\编于星期二\19点在这个表达式中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；ΔU为正表示物体内能增加，ΔU为负表示物体内能减小.当前第9页\共有44页\编于星期二\19点

7.能量守恒定律能量守恒定律指出：能量即不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式

。为别的形式，或者从一个物体

到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变.能量守恒定律是自然界普遍适用的规律之一，是研究自然科学的强有力的武器之一.

8.热力学第二定律(1)热传导的方向性.热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行转化转移当前第10页\共有44页\编于星期二\19点(热量会自发地从高温物体传给低温物体)，但是向相反的方向却不能自发地进行.(2)第二类永动机不可能制成.我们把没有冷凝器，只有单一热源，从单一热源吸收热量全部用来做功，而不引起其他变化的热机称为第二类永动机.这表明机械能和内能的转化过程具有方向性：机械能可以全部转化成内能，内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化.当前第11页\共有44页\编于星期二\19点

(3)热力学第二定律.表述：①

。

。

(按热传导的方向性表述).②

。

。

(按机械能和内能转化过程的方向性表述).③第二类永动机是不可能制成的.热力学第二定律使人们认识到：热现象的宏观过程都具有方向性.它揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，使得它成为独立于热力学第一定律的一个重要的自然规律.不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功，而不引起其他变化当前第12页\共有44页\编于星期二\19点9.能量耗散自然界的能量是守恒的，但是有的能量便于利用，有些能量不便于利用.很多事例证明，我们无法把流散的内能重新收集起来加以利用.这种现象叫做能量的耗散.它从能量转化的角度反映出自然界中的宏观现象具有方向性.10.理想气体的内能理想气体的分子间作用力为零，分子势能为零，所以理想气体的内能等于

.那么决定一定质量的某种理想气体的内能的宏观标志是

.分子动能温度当前第13页\共有44页\编于星期二\19点11.理想气体状态方程三个参量：P,V,T核心公式：PV/T=nR其中(n为物质的量，R为一常量)几个等值变化过程(1)绝热过程绝热一般指封闭气体的材料绝热或过程完成得迅速，此过程的特点是热量Q=0，那么同学们可以讨论当一个绝热气缸内的气体向外膨胀时，气体的内能如何变化？气体的温度如何变化？当前第14页\共有44页\编于星期二\19点当一个绝热气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的体积变大，气体对外做功，又因为是绝热过程，气体既不吸热也不向外界放热，根据热力学第一定律，其内能减小，气体的温度降低.(2)等温过程等温过程——玻意耳定律内容：一定质量的某种气体，在温度不变时，压强和体积的乘积是恒量.当前第15页\共有44页\编于星期二\19点表达式：p1V1=p2V2，图象表示为：等温过程中气体的温度保持不变，所以其内能不变.那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？当前第16页\共有44页\编于星期二\19点因为是等温过程，所以系统的内能不变；根据玻意耳定律，当气体压强增大时，气体的体积变小，外界对气体做功；根据热力学第一定律，系统向外界放热.(3)等容过程等容过程——查理定律内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，它的压强和热力学温标成正比.当前第17页\共有44页\编于星期二\19点表达式：P1/T1=P2/T2等容过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？体积不变，所以做功W=0；根据查理定律，气体的压强增大，则温度升高，内能变大；根据热力学第一定律，系统从外界吸热.(4)等压过程等压变化——盖·吕萨克定律当前第18页\共有44页\编于星期二\19点内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，它的体积和热力学温标成正比.表达式：等压过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的体积增大，系统是吸热还是放热？压强不变，根据盖·吕萨克定律，气体的体积增大，则温度升高，内能变大；又因为气体的体积变大，气体对外界做功；根据热力学第一定律，系统从外界吸热.当前第19页\共有44页\编于星期二\19点主题(1)热力学第一定律

(单选)关于物体内能的变化，下列说法正确的是(

)A.气体对外做功，温度一定降低，内能一定减少B.气体吸收热量，温度一定增加，内能一定增大C.气体吸收热量，同时对外做功，内能可能不变D.气体放出热量，同时对外做功，内能可能不变C当前第20页\共有44页\编于星期二\19点

热力学第一定律气体内能的变化与外界对气体做功(或气体对外界做功)、气体从外界吸热(或向外界放热)两种因素有关.气体吸收热量，但有可能同时对外做功，故内能有可能不变甚至减少，A错；同理，气体对外做功的同时有可能吸热，故内能不一定减少，B错；若气体吸收的热量与对外做功相等，则内能不变，C正确；而放热与对外做功都是使气体内能减少，D错.所以应选C.当前第21页\共有44页\编于星期二\19点

一定质量的气体从外界吸收了4.2×105J的热量，同时气体对外做了6×105J的功，问：(1)物体的内能变化多少？(2)分子势能是增加还是减少？(3)分子动能如何变化？

热力学第一定律，ΔU=Q+W的定量分析当前第22页\共有44页\编于星期二\19点

(1)因气体从外界吸收热量，所以Q=4.2×105J，气体对外做功W=-6×105J，据热力学第一定律ΔU=W+Q得ΔU=-6×105J+4.2×105J=-1.8×105J，所以物体内能减少了1.8×105J.(2)因为气体对外做功，体积膨胀，分子间距离增大了，分子力做负功，气体的分子势能增加了.(3)因为气体内能减少了，而分子势能增加了，所以分子动能必然减少了，且分子动能的减少量一定大于分子势能的增加量.当前第23页\共有44页\编于星期二\19点(双选)下列说法正确的是(

)A．外界对气体做功，气体的内能一定增加B．热量不可能从低温物体传递到高温物体C．第一类永动机不可能制成，因为它违反能量守恒定律D．自然界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性CD当前第24页\共有44页\编于星期二\19点如果外界对气体做功，同时气体对外界放出热量，当放出热量多于做功，则物体的内能一定减少；当放出热量等于做功，则物体的内能一定不变；当放出热量少于做功，则物体的内能一定增加，故A错误；在一定条件下，热量可以从低温物体传递到高温物体，B错误；CD都是按热力学第一、二定律来判断．当前第25页\共有44页\编于星期二\19点主题(2)热力学第二定律

（双选）根据热力学第二定律，可知下列说法中正确的有(

)A.热量能够从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体B.热量能够从高温物体传到低温物体，也可能从低温物体传到高温物体C.机械能可以全部转化为热量，但热量不可能全部转化为机械能D.机械能可以全部转化为热量，热量也可能全部转化为机械能BD当前第26页\共有44页\编于星期二\19点

热力学第二定律

根据热传递的规律可知热量能够从高温物体传到低温物体；当外界对系统做功时，可以使系统从低温物体吸取热量传到高温物体上去，制冷机(如冰箱和空调)就是这样的装置.但是热量不能自发地从低温物体传到高温物体.选项A错误，B正确.当前第27页\共有44页\编于星期二\19点

一个运动的物体，克服摩擦阻力做功，最终停止，在这个过程中机械能全部转化为热量.外界条件发生变化时，热量也可以全部转化为机械能；如在等温膨胀过程中，系统吸收的热量全部转化为对外界做的功，选项C错误，D正确.在做判断或推理时，一定要注意定律的完整性，不能理解片面．当前第28页\共有44页\编于星期二\19点

(双选)以下说法中不正确的是(

)A.即使气体的温度很高，仍有一些分子的运动速率是非常小的B.空调制冷时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以是不遵守热力学第二定律的C.对于一定量的气体，当温度降低时，速率大的分子数目减小，而速率小的分子数目增加D.从单一热源吸取热量使之完全变成有用的机械能是不可能的BD当前第29页\共有44页\编于星期二\19点

①气体的温度很高，只能说明气体分子的平均动能很大，但不能排除极个别分子由于碰撞等原因造成的运动速率非常小的现象.②“热量不能自发的从低温物体传到高温物体”，这是热力学第二定律的克劳修斯表述，里面有“自发”二字！空调机使用时，消耗了电能才把热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，不能说它不遵守热力学第二定律.当前第30页\共有44页\编于星期二\19点③热力学第二定律的开尔文表述为：“不可能从单一热源吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响”，定律的叙述中，最后有“而不产生其他影响”，答案D是不完整的，所以错误.

当前第31页\共有44页\编于星期二\19点(单选)根据热力学第二定律，下列判断不正确的是(

)A．热机中燃气的内能不可能全部变成机械能B．电能不可能全部变成内能C．在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变成电能D．在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体B当前第32页\共有44页\编于星期二\19点凡是与热现象有关的宏观现象都具有方向性．无论采用任何设备和手段进行能量转化，总是遵循“机械能可全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化”，故A正确；火力发电机发电时，能量转化的过程为内能—机械能—电能，因为内能—机械能的转化过程中会对外放出热量，故燃气的内能必然不能全部变为电能，C正确．当前第33页\共有44页\编于星期二\19点热量从低温物体传递到高温物体不能自发进行，必须借助外界的帮助，结果会带来其他影响，这正是热力学第二定律第一种表述的主要思想，故D正确．由电流热效应中的焦耳定律可知，电能可以全部转化为内能，故B错误．当前第34页\共有44页\编于星期二\19点主题(3)理想气体状态方程

（单选）已知理想气体的内能与温度成正比.如图13-2-1所示的实线表示汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能(

)图13-2-1

A.先增大后减小B.先减小后增大

C.单调变化D.保持不变B当前第35页\共有44页\编于星期二\19点

理想气体状态方程

由pV/T为恒量，由图象与坐标轴围成的面积表示pV乘积，从实线与虚线等温线比较可得出，该面积先减小后增大，说明温度T先减小后增大，内能先减小后增大.

图象与坐标轴围成的面积的意义在气态方程中比较常用.当前第36页\共有44页\编于星期二\19点(双选)一定质量的理想气体，在等温膨胀过程中，下列说法正确的是(

)A．气体对外做功，内能减少B．气体内能不变，对外做功，吸收热量C．气体吸收热量，内能增大D．气体与外界发生热交换BD一定质量的理想气体，等温变化，内能不变，体积增大，气体对外做功，根据热力学第一定律可知，气体必须从外界吸收热量．当前第37页\共有44页\编于星期二\19点(单选)在两个密闭的容器中分别有质量相等的氢气和氧气，可以当作理想气体，那么它们的温度也相等时，下列说法不正确的是(

)A．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率B．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能C．氢气分子的总动能大于氧气分子的总动能D．氢气分子的总内能大于氧气分子的总内能B当前第38页\共有44页\编于星期二\19点温度是分子平均动能的标志，温度相同，分子的平均动能相同，故B错；由于氢气分子的质量较小，所以氢气分子的平均速率较大，A对；对于理想气体，分子势能为零，内能仅由分子的动能决定，氢气和氧气的质量相同，但摩尔数不同，分子个数不同，所以氢气分子的总动能大于氧气分子的总动能，这样整瓶氢气的内能大于整瓶氧气的内能，故CD正确，因本题在选错误的，故选B.当前第39页\共有44页\编于星期二\19点主题(4)气体状态参量变化

(双选)如图