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文档简介
电磁铁具有很强的磁场,但当其温度超过一定值时,其磁场就消失了。因此在某些应用场合,要注意电磁铁的工作环境的温度。1911年,荷兰科学家昂纳斯发现了一个意想不到的现象,就是当温度下降到4.2K以下时,水银(Hg)的电阻消失了,物质进入了一种新的物态,称之为超导。高温退磁超导现象除了化学成分外,在物理方面,温度是影响物质性能的主要因素,因此温度是热学中最核心的概念。太阳中心的温度是107K,这是热核聚变所需的起码温度。太阳表面的温度是6000K,与之对应的辐射光谱,其峰正好在可见光波段。金星表面的温度为460C,铅和锌将被熔化。地球表面的平均温度为15C,109种生物大分子可以在这样的环境生存。电磁铁具有很强的磁场,但当其温度超过一定值时,其磁场就消失了1热学的研究方法:1.宏观法
最基本的实验规律
逻辑推理(运用数学)------称为热力学。
优点:可靠、普遍。缺点:未揭示微观本质。2.微观法.
物质的微观结构+统计方法------称为统计力学其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)优点:揭示了热现象的微观本质。缺点:可靠性、普遍性差。在热学研究中宏观法与微观法相辅相成。当代科学实验里能产生的最高温度是108K,最低温度是210-8K,上下跨越了16个数量级。热学的研究方法:1.宏观法2.微观法.在热学研究中宏观法与微2第九章热力学基础第九章热力学基础3常见的一些现象:1、一壶水开了,水变成了水蒸气。2、温度降到0℃以下,液体的水变成了固体的冰块。3、气体被压缩,产生压强。4、物体被加热,物体的温度升高。热现象常见的一些现象:1、一壶水开了,水变成了水蒸气。2、温度降到4§9-1热力学的基本概念9-1-1热力学系统在热力学中把要研究的宏观物体(气体、液体、固体)称为热力学系统
简称系统。如一杯水,汽缸内气体..系统内它包含极大量的分子、原子。以阿佛加德罗常数
NA=6×1023计。外界:系统以外与系统有着相互作用的环境孤立系统:与外界不发生任何能量和物质的热力学系统。封闭系统:与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。§9-1热力学的基本概念9-1-1热力学系统在热5
对热力学系统的两种描述方法:1.宏观量
从整体上描述系统的状态量,一般可以直接测量。2.微观量描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质量m、直径d、速度v、动量p、能量
等。
微观量与宏观量有一定的内在联系。
例如,气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果,它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。如M、V、E等----可以累加,称为广延量。
P、T等----不可累加,称为强度量。对热力学系统的两种描述方法:1.宏观量2.微观量如6状态参量:描述热力学系统状态的物理量。描述气体的状态参量:压强、体积和温度垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。压强(P):国际单位:帕斯卡(Pa=N/m2)
1标准大气压=1.01325×105(Pa)=760mmHg状态参量:描述热力学系统状态的物理量。描述气体的状态参量:压7体积(V):气体分子自由活动的空间,与分子本身体积的总和完全不同。国际单位:米3(m3)(注意与毫升的换算)温度(T):温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量。两热力学系统相互接触,而与外界没有热量交换,当经过了足够长的时间后,它们的冷热程度不再发生变化,则我们称两系统达到了热平衡。热力学第零定律:
如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,则这两个系统彼此也处于热平衡。体积(V):气体分子自由活动的空间,与分子本身体积的总和完8ABCABC温度的宏观定义:表征系统热平衡时宏观性质的物理量。温标——温度的数值表示法。ABCABC温度的宏观定义:表征系统热平衡时宏观性质的物理量9摄氏温标:t℃热力学温标:TK
水的冰点——0℃水的沸点——100℃冰点和沸点之差的百分之一规定为1
℃
。绝对零度:T=0K
t=-273.15℃水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16K摄氏温标:t℃热力学温标:TK水的冰点——010大爆炸后的宇宙温度1039K实验室能够达到的最高温度108K太阳中心的温度1.5×107K太阳表面的温度6000K地球中心的温度4000K水的三相点温度273.16K微波背景辐射温度2.7K实验室能够达到的最低温度(激光致冷)2.4×10-11K
摄氏温标与热力学温标的换算关系:大爆炸后的宇宙温度1039K实验室能够达到的最高温度108119-1-2平衡态准静态过程平衡态:一个孤立系统,其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变(即其状态参量不再随时间改变)的状态。..............................终了..............................扩散隔板..............................开始注意:如果系统与外界有能量交换,即使系统的宏观性质不随时间变化,也不能断定系统是否处于平衡态。9-1-2平衡态准静态过程平衡态:一个孤立系统,其宏12说明:热平衡是动态平衡处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而因为碰撞,每个分子的速度经常在变,但是系统的宏观量不随时间改变。这称为动态平衡。粒子数是宏观量,箱子假想分成两相同体积的部分,达到平衡时,两侧粒子有的穿越界线,但两侧粒子数相同。说明:热平衡是动态平衡粒子数是宏观量,箱子假想分成两相同体积13
热力学过程:热力学系统的状态随时间发生变化的过程。P准静态过程:状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。准静态过程的过程曲线可以用P-V图来描述,图上的每一点都表示系统的一个平衡态。(PB,VB,TB)(PA,VA,TA)PVO(PC,VC,TC)热力学过程:热力学系统的状态随时间发生变化149-1-3理想气体状态方程理想气体:在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。理想气体状态方程:或摩尔气体常量9-1-3理想气体状态方程理想气体:在任何情况下都严格遵15标准状态:标准状态下的分子密度:称为洛喜密脱数标准状态:标准状态下的分子密度:称为洛喜密脱数16例1:求大气压强随高度h变化的规律,设空气的温度不随高度变化。hhh+dhdmgPs(P+dP)S解:如图,在高度为h处有一薄空气层,在重力和上下压力作用下处于平衡状态。设空气为理想气体,则可以得出下式代入上式例1:求大气压强随高度h变化的规律,设空气的温度不随17例1:求大气压强随高度h变化的规律,设空气的温度不随高度变化。hhh+dhdmgPs(P+dP)S上式称为恒温气压公式,h<2Km说明:珠峰h=8848m,T=273K,P0=1atm由上式求得P=0.33atm.实际小于此值,原因是温度是变化的且随高度降低。例1:求大气压强随高度h变化的规律,设空气的温度不随高度18例2:在较高的范围内大气温度T随高度h的变化可近似地取下述线性关系:T=T0-h其中T0
为地面温度,
为一常数。试求大气压强随高度变化的关系。hhh+dhdmgPs(P+dP)S解:利用上题取例2:在较高的范围内大气温度T随高度h的变化可近似地取下述线19例3:求上升到什么高度时,大气压强减到地面的75%,设空气的温度为00C,空气的摩尔质量为0.0289kg/mol。lnP=0PRhTμglnP=0PRhTμg==2.3km8.31×27328×10-3×9.80.75ln0=PRehTμgP解:例3:求上升到什么高度时,大气压强减到地面的75%,设空气的20例4:一个大热气球的容积为2.0×104m3,气球本身和负载质量共4.5×103kg.若其外部空气温度为200C,要想使气球上升,其内部空气最低要加热到多少度?解:以
0表示标准状况下空气的密度
0=1.29kg/m3,以
1
和
2
分别表示热气球外、内空气的密度,则由于热气球外、内压强相等
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