热学总复习课件

第四章总结（2）
•功是以作用对象的位移变化为标志的能量转移,热 量是以参与作用对象内能变化为标志的能量转移 •功和热量都不是状态的函数，内能才是状态的函数 •准静态过程中体积膨胀时外界所做的功的一般表达 式： V2
W pdV
V1
•准静态过程中等温过程做的功，等体过程做的功，等 压过程做的功
第三章总结（2）
•粘滞现象:由于气体内各层之间因流速不同而有宏观 上的相对运动时，产生在气层之间的定向动量迁移现 象 •扩散现象:当气体内各处的分子数密度不同或各部分 气体的种类不同时，其分子由于热运动而相互掺合， 在宏观上产生的气体质量迁移现象（即，当物质中粒 子数密度不均匀时，由于分子的热运动使粒子从数密 度高的地方迁移到数密度低的地方的现象称为扩散） •热传导现象：由于气体内各处温度不同, 通过分子的 碰撞而产生的能量迁移现象
•理想气体微观描述的初级理论，它的几个基本假设 （分子看作质点，除碰撞外无其它相互作用力，分 子之间的碰撞为弹性碰撞，服从牛顿力学） •压强：单位时间单位器壁受到的大数分子碰撞的平 均总冲量 •理想气体压强的几个表达式，压强与物质微观量的 关系，压强与温度的微观意义
1 p nmv 2 3
2 p n i 3
第一章总结（6）
•物质的微观模型：宏观物质由大数分子组成 •阿伏伽德罗常量（1摩尔物质的分子数）：
N A 6.021023
•分子热运动现象（扩散，布朗运动，涨落） •温度越高布朗运动越剧烈 •分子间存在吸引力与排斥力，是分子力与热运动的 共同作用造就了物质的不同形态（气体，液体，固 体）
第一章总结（7）
第六章
物态与相变
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第四章总结（1）
•准静态过程：在过程进行的每一时刻，系统都无限 地接近平衡态
•弛豫时间 ：从平衡态破坏到新的平衡态建立所需 的时间 •可逆过程：系统从初态出发经历某一过程变到末态， 若可以找到一个能使系统和外界都复原的过程，则 原过程是可逆的 •不可逆过程：若总找不到一个能使系统与外界同时 复原的过程，则原过程是不可逆的
第四章总结（3）
•能量守恒与转换定律：自然界一切物体都具有能量， 能量具有各种不同形式，它可以从一种形式转化为另 一种形式，从一个物体传递给另一个物体，在转化与 传递中总能量既不增加也不减少 •能量守恒与转换定律的推论：第一类永动机是不存在 的（这也是热力学第一定律的推论）
第四章总结（4）
•内能：系统内部所有微观粒子的无序运动动能以及总 的相互作用势能两者之和（或：系统中与热现象有关 的那部分能量） •内能是系统的状态函数，它与系统状态间有一一对应 的关系 •内能定理：在绝热过程中外界对系统做的功等于系统 内能的增量
《热学》总复习
第一章 第二章 导论 分子动理学理论的平衡态理论
第三章
第四章 第五章
输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论
热力学第一定律 热力学第二定律
第六章
物态与相变
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第二章总结（1）
•概率论基本知识（统计规律是大量偶然性事件遵从 的规律），包括：必然性事件和偶然性事件(在一定 条件下可能发生也可能不发生的事件 )；概率定义； 等概率，概率相加，概率归一化，概率相乘；利用 概率计算平均值（某物理量平均值，它的函数的平 均值）；概率密度函数；相对均方根偏差 •麦克斯韦速率分布函数；麦克斯韦速率分布的三个 速率(平均速率，方均根速率，最概然速率)
•研究对象：宏观物体或热力学系统
•研究内容：与热现象有关的性质和规律 •研究对象的特点：包含大量的微观粒子，这些粒子 始终处于无规的热运动中
第一章总结（2）
•热物理学的两个研究方法：热力学方法，统计物理 学方法 •平衡态：在没有外界影响的情况下，系统各部分的 宏观性质在长时间内不发生变化的状态 •系统达到热力学平衡的三个条件：力学平衡条件， 热学平衡条件，化学平衡条件 •物态方程：处于平衡态的某种物质的热力学参量 （压强，体积，温度）之间所满足的函数关系称为 该物质的物态方程
第一章总结（5）
温标三要素：（1）选择测温物质，确定它的测温属 性；（2）定义固定标准点的温度；（3）利用测温 属性分度 •摄氏温标： 测温物质： 测温属性： 固定标准点： 分度： 水银 热膨胀 水的冰点0度，沸点100度 从0到100度间等分为100小格
• 摄氏温度与热力学温度的关系：t = (T/K – 273.15) (单位为°C) •其它各种温标
r n n0 exp( ) 2kT
2 2
r p p0 exp( ) 2kT
2 2
•玻耳兹曼分布律是粒子关于位置的分布规律，而麦 克斯韦速率分布函数是粒子关于速率的分布规律。 这是它们的不同之处
第二章总结（6）
•麦克斯韦–玻耳兹曼分布定律给出了分子数按能量 的分布规律 •自由度：确定一个物体的空间位置所必需的独立坐 标数目
第三章总结（7）
•稀薄气体的特征（极稀薄气体为超高真空气体 λ >>L），容器里气体的真空度由分子间的平均自由 程与容器线度决定 •讨论稀薄气体的热传导规律，指出超高真空气体的 分子主要与器壁发生碰撞，所以平均自由程仅由分 子与器壁碰撞的平均自由程决定（而常压下气体的 碰撞主要发生于分子之间，其平均自由程当然是分 子之间的平均自由程）。结论：在温度一定时，压 强越低热传导越差，即，真空度越高绝热性能越好
第二章总结（2）
•麦克斯韦速率分布定律
f (v ) 4 (

2π kT
) v e
3/ 2
2 v 2 / 2 kT
( 麦克斯韦速率分布函数 )
式中μ 为分子质量，T 为气体热力学温度，k 为玻耳 兹曼常量
第二章总结（3）
•玻耳兹曼常量 k = 1.38×10-23 J / K •玻耳兹曼常量，阿伏伽德罗常量，摩尔气体常量 之间的 关系：
普通物理学教程
热学
复习§6.4（2）
•真实气体等温线：真实气体等温线的测定（保持 T0 不 变，改变气体体积得到的等温线）；安德鲁斯实验（给 出系统地研究真实气体等温线的结果） 汽化热是从液相全部转化为同温同压的气相吸收的热 量：
Lv,m H g ,m H l ,m
U g ,m U l ,m p0 (Vg ,m Vl ,m )
第三章总结（8）
•杜瓦瓶是一个其器壁抽成真空的绝热容器 •热水瓶就是一个杜瓦瓶 •提高杜瓦瓶性能的各种方案（如提高真空度，减小 夹层距离，真空夹层中平行插上多块热屏等）
《热学》总复习
第一章 第二章 导论 分子动理学理论的平衡态理论
第三章
第四章 第五章
输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论
热力学第一定律 热力学第二定律
第四章总结（5）
•热力学第一定律：系统从外界吸收的热量等于系统 内能的增量和系统对外做的功
dQ dU dW'
•对于准静态过程，热力学第一定律写为：
dU dQ - pdV
•定体热容与内能，定压热容与焓
第四章总结（6）
•焓的定义：
H U pV
在等压过程中吸收的热量等于焓的增量 •焓是状态的函数
CV ,m dU m i R dT 2
《热学》总复习
第一章 第二章 导论 分子动理学理论的平衡态理论
第三章
第四章 第五章
输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论
热力学第一定律 热力学第二定律
第六章
物态与相变
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第三章总结（1）
•输运过程，包括黏性，扩散，传导等现象 •输运过程是非平衡态热力学系统特有的现象，它是 系统由不均匀向均匀发展时产生的
f (T , p,V ) 0
第一章总结（3）
•理想气体物态方程：
pV R T
•理想气体理论上的严格定义：严格满足理想气体物 态方程的气体称为理想气体
•实践中：压强接近零的气体视为理想气体 •混合理想气体分压定律：
p p1 p2 ... pn
第一章总结（4）
•热力学第零定律：在不受外界影响时，任两个物体 若同时与第三个物体处于热平衡，则此二物体必处 于热平衡状态，与它们是否有热接触无关 •第零定律是温度概念存在及温度计建立的物理基础 •温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动平均动能 强弱程度的量度 •温度是一个宏观量；温度是一个态函数；温度是衡 量两系统是否达到热平衡的充分必要条件
真实气体的 T-S 图：在温熵图上一条水平等温等压线 的两端点联成的线段下的面积表示从液相全部转变为同 温、同压的气相所吸收的热量，即汽化热
T (Sg Sl ) T (Sg ,m Sl ,m ) Lv,m
复习§6.4（2）
•范德瓦耳斯等温线（范德瓦耳斯等温线中各线段状态 的讨论） •范德瓦耳斯气体临界点： 摩尔临界体积 Vc,m = 3b 临界压强 临界温度
p nkT
第一章总结（8）
•分子作用力与分子作用力势能 •在分子作用力势能的基础上定义分子碰撞有效直径， 解释固体和液体中分子的振动，解释固体热膨胀现 象 •（1 mol）范德瓦耳斯方程，该方程的微观解释
a ( p 2 )(Vm b) RT Vm
第一章总结（9）
•几个常用的常量，单位，它们之间的关系：
第四章总结（7）
•第一定律对气体的应用，包括： （1）焦耳实验，焦耳定律（气体的内能仅是温度的 函数）(焦耳定律仅适用于理想气体) （2）理想气体定体热容及内能，理想气体定压热容 及焓 （3）迈耶公式（理想气体的摩尔定压热容与摩尔定 容热容之差为常数）：C C R
R 8.31J mol 1 K 1
N A 6.02 1023
k R / N A 1.38 1023 J K 1
k R NA
第一章总结（10）
•常见普适常量与相关物理过程的联系： 玻耳兹曼常量 k：与热过程有关 元电荷 e：与电磁过程有关 引力常量 G：与引力过程有关 光速 c：与相对论过程有关 普朗克常量 h：与量子物理过程有关