大学物理热学部分复习资料.ppt
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大学物理热力学PPT课件
02
对应态原理
不同物质在相同的对应状态下具有相同 的热力学性质。对应态参数包括对比压 强、对比体积和对比温度。
03
范德华方程与对应态 原理的应用
预测真实气体的性质，如液化温度、临 界参数等。
真实气体行为描述
压缩因子
描述真实气体与理想气体偏差程度的物理量，定义为Z = pV/nRT。对于理想气体，Z = 1；对于真实气体，Z ≠ 1。
细管电泳等。
固体熔化与升华过程分析
固体熔化
升华过程
熔化与升华的应用
固体在加热过程中，当温度达到 熔点时开始熔化，由固态转变为 液态。熔化过程中吸收热量，温 度保持不变。
某些物质在固态时可以直接升华 为气态，而无需经过液态阶段。 升华过程中也吸收热量，但温度 同样保持不变。
熔化与升华是物质相变的重要过 程，对于理解物质的热力学性质 和相变规律具有重要意义。同时， 在实际应用中也具有广泛用途， 如金属冶炼、材料制备等领域。
阿马伽分体积定律
混合气体的总体积等于各组分气体分体积之和，即V_total = V_1 + V_2 + ... + V_n。
理想气体混合物的性质
各组分气体遵守理想气体状态方程，且相互之间无化学反应。
范德华方程与对应态原理
01
范德华方程
对真实气体行为的描述，考虑了分子体 积和分子间相互作用力，形式为(p + a/V^2)(V - b) = RT，其中a、b为与物 质特性相关的常数。
维里方程
描述真实气体行为的另一种方程形式，考虑了高阶分子间 相互作用项，形式为pV = nRT(1 + B/V + C/V^2 + ...)， 其中B、C等为维里系数。
大学物理热力学基础PPT课件
传热的微观本质是分子的无规则运动能量从高 温物体向低温物体传递。热量是过程量
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
15
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
d Q 微小热量 ：
> 0 表示系统从外界吸热； < 0 表示系统向外界放热。
等价
2
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二、热力学第一定律 (The first law of thermodynamics)
某一过程，系统从外界吸热 Q，对外界做功 W，系 统内能从初始态 E1变为 E2，则由能量守恒：
循环过程
V
1. 热力学第一定律适用于任何系统(固、液、气）；
2. 热力学第一定律适用于任何过程(非准静态过程亦 成立)。
6
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四、 W、Q、E的计算
1.W的计算(准静态过程，体积功)
F
(1)直接计算法(由定义)
系统对外作功，
2
W＝1
Fdx
=
2
1
PS
dx
V2
W = PdV
W = 1 P dV =
RT
2
1
dV V
W
RTl nV( 2 ) V1
P1V1
ln(V2 V1
)
P1V1
ln(P1 P2
)
系统吸热全部用来对外做功。
思考：CT ( 等温摩尔热容量)应为多大？
15
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§7.4 理想气体的绝热过程 (Adiabatic process of the ideal gas)
吸热一部分用于对外做功，其余用于增加系统内能。
14
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三.等温过程(isothermal process) P
大学物理_热力学基础PPT课件
C Mc
摩尔热容量：1mol物质的热容量（Cm） J K 1 mol 1
C
M
Cm
第11页/共60页
热容量CY与过程有关:
CY
(
dQ dT
)Y
热容量C的可能值:
C 0 吸热且升温 T 0
C 0 放热且升温 T 0 C 0 Q 0 绝热过程
C 等温过程 T 0
稳定性要求 C 0
第1页/共60页
§7-1 热力学第一定律
一 功 宏观运动能量
热运动能量 （过程量）
功是能量传递和转换的量度，它引起系统热运动
状态的变化 .
准静态过程功的计算
dW Fdl pSdl
dW pdV
W V2 pdV V1
注意：作功与过程有关 .
第2页/共60页
二 热 量（过程量）
通过传热方式传递能量的量度，系统和外界之间
第5页/共60页
理想气体内能 : 表征系统状态的单值函数 , 理想气体的内能仅是温度的函数 .
E E(T )
系统内能的增量只与系统起始和终了状态有
关，与系统所经历的过程无关 .
p
p
A*
1
A*
1
2 *B
o
V
2 *B
o
V
EAB C
EA1B2 A 0
改变系统内能的两种等效方式: 作功, 传递热量
第6页/共60页
双原子理想气体
7 Cp 2 R
多原子理想气体 Cp 4R
第14页/共60页
3、比热容比 理想气体
Cp
CV C p CV R
i CV 2 R
i2
i 例7-1 教材 P230
第15页/共60页
《热学物理学》PPT课件
i
i
5. 其p中 pi ，称为道尔顿分压定律。
i
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29
二. 理想气体压强及温度的初级微观理论 (1) 理想气体的微观模型（应用了极端的钢球势 d 0 ）
a. 组成气体的微观粒子都是质点，并遵从牛顿力学规律； b. 粒子之间除碰撞的瞬间无相互作用； c. 粒子之间的碰撞及粒子与容器壁之间的碰撞都是完全 弹性碰撞。 数据：分子间平均间距 l (V mN A )1 3 3 .3 4 1 0 7 c m ，
lnV (T,p) (
V0
(T0,p0)
dT
Tdp)
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27
§1.6 气体的状态方程
第六节
一. 理想气体状态方程
由玻意耳定律：pV C(T) ，应用于水的三相点状态有
ptrVtr C(Ttr)
又在体积保持不变的情况下，理想气体的压强和温度成 据标准状态下 1 m o l 任何气体的体积都为22.4144 L)。
最后:
1. 1 m o l 理想气体的状态方程 pVm RT
2. 对于 m o l 理想气体
pVRT
3. 对于质量为 M 的理想气体
pV M RT
4. 对于有几种组分组成的均匀混合理想气体
p V p iV iR T R T
③在 t 时间内该组分子施以面元 的S 冲量为
P i 2 n i ( )m v i 2 x t S , (v ix 0 ) ④利用分子运动具有各向同性的性质，则 2ni() ， n于i 是所
4. 化学：物质的量，单位摩尔(m o l)，及阿伏伽德罗常量( N A )
1 N A 6 .0 2 2 1 3 6 7 1 0 2 3m o l 1 . 5. 热学：温度
大学物理热学第十三章 热力学基础 PPT
Mayer公式
•摩尔热容比
CP,m i 2
CV ,m i
泊松比
CV ,m
i 2
R
Cp,m
CV ,m
R
i
2 2
R
单原子分子理想气体 i 3 1.67
双原子分子理想气体 i 5 1.40
多原子分子理想气体 i 6 1.33
pV m RT RT
M
Q CV ,m (T2 T1)
•过程曲线: p b T2
0
a T1 V
吸收得热量全部用来内能增加;或向外界放热以内能减小为代 价;系统对外不作功。
3、理想气体定体摩尔热容 CV ,m
•定义:1mol、等体过程升高1度所需得热量
•等体过程吸热 QV CV ,m (T2 T1)
•等体过程内能得增量
E
QV
i 2
R
T2
T1 CV ,m T2
13-1 准静态过程 功 热量
一、准静态过程
可用Ｐ－V 图上得一条有
方向得曲线表示。
二、功
准静态过程系统对外界做功:
元功: dW Fdl pSdl pdV
dl
系统体积由V1变 为V2,系统对外 界作总功为:
V2
W＝ pdV
V1
p F S pe
光滑
注意:
V2
W＝ pdV
V1
1、V ，W>0 ；V ，W<0或外界对系统作功 ，V不变时W=0
V2 PdV
V1
i CV ,m 2 R
CP,m
CV ,m
CP,m CV ,m R
等容 等压
WV 0
QV CV ,m (T2 T1) E
QP Cp,m (T2 T1) CV ,m (T2 T1) P(V2 V1) WP P(V2 V1) R(T2 T1)
大学物理热学知识点总结PPT课件
由 p0V0 /T0 = p0(5V0) /T 得 T = 5T0 p－V图如图所示
等温过程： ΔE=0
p
QT =AT =( M /Mmol )RT ln(V2 /V1) =3RT0ln5 =1.09×104 J
1 T0 p0
3 5T0
等体过程：
AV = 0
QV =ΔEV = ( M /Mmol )CVΔT
3
2、麦克斯韦速率分布函数
f
(v)
4π
m0 2πkT
3
2
mv02
e 2kT
v2
三种速率：
2kT 2RT
RT
最概然速率
vp
m0
1.41
M
M
算术平均速率 v 8kT 8RT 1.60 RT
πm0 πM
M
方均根速率 v2 3kT 3RT 1.73 RT
Q E
CV T
M M mol
i RT
2
0.02 3 8.31 ( 300 290 ) 623 ( J ). 0.004 2
( 2 ) 等 压 过 程 ，E 与 （1） 同 。
Q
C P T
M M mol
5 RT 1.04 103
2
( J ).
bc和da是等容过程，已知V1=16.4L, V2=32.8L, pa=1atm,
图示直线过程变到另一状态B，又经过等容、等压两过
程回到状态A． (1) 求A→B，B→C，C→A各过程中 3
系统对外所作的功A，内能的增量△E以及所吸收的热量 2
Q． (2) 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外
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contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
大学物理热学部分复习资料
W净= 曲线所围的面积 = Q1 + Q2 + ⋯ + Qn
20122012-1-3
20
热学习题课
1. 热机循环
p a O Q 1 A Q 2 V
W = Q1 − Q2
高温热源 T1 Q1 热机 W Q2 低温热源 T2 逆循环： 逆循环： 逆时针 热机效率
W = 1 − Q2 η= Q1 Q1
正循环： 正循环： 顺时针
dN ：v − v + dv区间内的分子 N 数占 总分 子数 的百 分比 dN = f ( v ) dv N
四、麦克斯韦速率分布律
f (v)
dS
1.速率分布函数： 速率分布函数： 速率分布函数
dN f (v) = Ndv
o
d S = f ( v ) dv
内的分子数占总分子数
的百分比
v v + dv
∞
3.麦氏分布函数 麦氏分布函数
8kT 8RT v= = πM πm
平方平均速率
v = ∫ v2 f ( v) dv
2 0 ∞
m f ( v ) = 4π 2kT f (v) f max
3/ 2
e
mv 2 − 2 kT
v2
方均根速率
vrms 3kT 3RT = v = = m M
平均自由程
λ =
1 = 2 2πd n
kT 2 πd2p
20122012-1-3
15
热学习题课
热力学基础 一、热力学第一定律 系统对外做功 ∆V > 0,W > 0 外界对系统做功 ∆V < 0,W < 0 系统从外界吸收的热量 从外界吸收的热量, 系统从外界吸收的热量, 内能增量 i ∆E = ν ⋅ R∆T = ν CV ∆T 一部分使系统的内能增加, 一部分使系统的内能增加,另 2 i 一部分使系统对外界做功. 一部分使系统对外界做功. 定体摩尔热容 CV = R 2 其中 定压摩尔热容 C p = CV + R dW = pdV
大学物理(热学篇)
• vx
v1
v´1
x
A1 y °
z
1秒钟A1受到分子的总冲量
2mv x
vx 2x
mv
2 x
x
第三步 N个分子在1秒内对A1的碰撞
A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F
F 2mv1x
v1 x 2x
2mv2x
v2x 2x
2mv Nx
vNx 2x
m x
(v12x
v22x
vN2 x )
m x
N
即在平衡态，一个自由度，代表一种独立的 运动和一份能量
如某种分子有t个平动自由度，r个转动自由度v振动 自由度，则分子具有：
平均平动动能 平均转动动能 平均振动动能
为什么均分到各自由度所对应的运动能量都 是二分之一KT呢？ 主要是分子不断碰撞以达到平衡态的结果。
注意
１、 一般温度下（T <10 3 K）振
（1)每个分子作用于气壁的冲量I
解（1）每个分子作用于气壁的冲量等于气体 分子动量增量的负值
I 2mv 1.21024kgm/ s
（2)每秒钟碰在器壁单位面积上的分子数n0
解（2）器壁ΔA面积上在Δt时间内碰撞的分子数
N A vt n
z
6
n0
N At
nv 6
n0
1 6
nv
0.31028
/
m3
物体运动形式：平动、转动、振动
自由度数目 i t r v
平转振 动动动
例1 自由运动的质点 (三维空间) 3 个 平动自由度 记作 t = 3
若受到限制，自由度降低 平面上 ： t=2 直线上 ：t=1
例2 自由运动刚体 (如手榴弹)自由度。
v1
v´1
x
A1 y °
z
1秒钟A1受到分子的总冲量
2mv x
vx 2x
mv
2 x
x
第三步 N个分子在1秒内对A1的碰撞
A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F
F 2mv1x
v1 x 2x
2mv2x
v2x 2x
2mv Nx
vNx 2x
m x
(v12x
v22x
vN2 x )
m x
N
即在平衡态，一个自由度，代表一种独立的 运动和一份能量
如某种分子有t个平动自由度，r个转动自由度v振动 自由度，则分子具有：
平均平动动能 平均转动动能 平均振动动能
为什么均分到各自由度所对应的运动能量都 是二分之一KT呢？ 主要是分子不断碰撞以达到平衡态的结果。
注意
１、 一般温度下（T <10 3 K）振
（1)每个分子作用于气壁的冲量I
解（1）每个分子作用于气壁的冲量等于气体 分子动量增量的负值
I 2mv 1.21024kgm/ s
（2)每秒钟碰在器壁单位面积上的分子数n0
解（2）器壁ΔA面积上在Δt时间内碰撞的分子数
N A vt n
z
6
n0
N At
nv 6
n0
1 6
nv
0.31028
/
m3
物体运动形式：平动、转动、振动
自由度数目 i t r v
平转振 动动动
例1 自由运动的质点 (三维空间) 3 个 平动自由度 记作 t = 3
若受到限制，自由度降低 平面上 ： t=2 直线上 ：t=1
例2 自由运动刚体 (如手榴弹)自由度。
《热学知识点》PPT课件
•
热力学第一定律是跟热现象有关的能量守恒定律，作为一种
思想方法，较多地应用于力学与热学的综合题中，如机械能与气
体内能的转化问题等，应注意培养学生的综合分析能力。
3
4
• 三、复习要点
• （一）分子动理论
•
1. 分子动理论与其实验基础
• （1）分子动理论三个基本观点：物质是由大量分子 组成的；分子永不停息地做无规则运动；分子之间存 在着相互作用力（斥力和引力）。
r0时分子势能EP=0。
14
• 的P=势0。[能例，5] 当用rr=表（r0示时两）两个分分子子间间斥的力距等离于，引E力p表，示设两两个分分子子相间距相很互远作时用E
• （A）当r>r0时，Ep随r的增大而增加 • （B）当r＜r0时，Ep随r的减小而增加 • （C）当r＞r0时，Ep不随r改变 • （D）当r=r0时，Ep=0
内容
要求
42.物质是由大量分子组成的，分子的热
I
运动、布朗运动、分子间的相互作用力。
43.分子热运动的动能，温度是物体分子
I
热运动平均动能的标志，物体分子间的
相互作用势能，物体的内能。
44.做功和热传递是改变物体内能的两种
I
方式，热量，能量守恒定律。
45.热力学第一定律。
I
46.热力学第二定律。
I
47.永动机不可能。
这种反映大量个别偶然事件整体性质的规律叫
做统计规律，对大量分子的运动情况进行记录、
整理、计算和分析，用统计平均值来反映分子
集体中所有分子的共性（统计规律），再由此
建立跟宏观量的联系，这就是热学研究中的主
要方法——统计方法。
• 统计方法的研究对象是大量分子。