02热物理学教程PPT
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物理选修【1-2】第2章-第2节《热力学第一定律》ppt课件
达 标
课
2．做功和热传递在改变物体的内能上的实质是什么？
堂
课
互 动
3．物体内能的变化与做功及热传递有什么关系？
时 作
探
业
究
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
1．做功改变物体内能的过程是将其他形式的能(如机械
能)与内能相互转化的过程，做功使物体内能发生变化时，内
课 能改变了多少用做功的数值来度量．外界对物体做多少功(绝 当
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
3．改变物体内能的两种方式的比较
比较项目
做功
热传递
课 前 自 主 导
外界对物体做功，
内能变化
物体的内能增加物 体对外界做功，物
体的内能减少
物体吸收热量，内 能增加物体放出热 量，内能减小
当 堂 双 基 达
学
标
续表
课
堂
比较项目
做功
热传递
课
互
时
动 探 究
物理实质
其他形式的 能与内能之 间的转化
时 作
探
业
究 加时ΔU 为正
D．外界对物体做功时 W 为负，吸热时 Q 为负，内能增
加时ΔU 为负
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
课
当
前
堂
自
双
主 导
【解析】
由公式ΔU＝W＋Q 符号的规定可知，C 正确．
基 达
学
标
课
【答案】 C
堂
课
互
时
动
作
探
业
究
菜单
新课标 ·物理 选修1-2
3．气体膨胀对外做功 100 J，同时从外界吸收了 120 J
02章_热力学第一定律1
物理化学电子教案 —第二章 热力学第一定律及其应用
环境 surroundings 无物质交换 封闭系统
Closed system
U Q W
有能量交换
第二章 热力学第一定律
§2.1 热力学概论
§2.2 §2.3 §2.4 §2.5
§2.6
热平衡和热力学第零定律──温度的概念
热力学的一些基本概念
dy y
(Z)x=xdy
dx · dy
dZ = f (x+dx ,y+dy) –f (x,y)
= (x+dx)· (y+dy) –x· y = xdy+ydx+dx· dy = (Z)x + (Z)y +dx· dy dx
x· y
x
偏微商:
Z y x x
Z y x y
是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为
强度性质，或两个容量性质相除得强度性质。
系统的性质
强度性质
广度性质 物质的量
广 度 性 质 (1) 广 度 性 质 (2)
m V U n
Vm Sm
V n S n
Um
热力学平衡态 当系统的诸性质不随时间而改变，则系统 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 热平衡（thermal equilibrium） 系统各部分温度相等 力学平衡（mechanical equilibrium） 系统各部的压力都相等，边界不再移动。如 有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学 平衡
M y
N x x y
Euler 对易关系式 —全微分的充要条件。
环境 surroundings 无物质交换 封闭系统
Closed system
U Q W
有能量交换
第二章 热力学第一定律
§2.1 热力学概论
§2.2 §2.3 §2.4 §2.5
§2.6
热平衡和热力学第零定律──温度的概念
热力学的一些基本概念
dy y
(Z)x=xdy
dx · dy
dZ = f (x+dx ,y+dy) –f (x,y)
= (x+dx)· (y+dy) –x· y = xdy+ydx+dx· dy = (Z)x + (Z)y +dx· dy dx
x· y
x
偏微商:
Z y x x
Z y x y
是零次齐函数。指定了物质的量的容量性质即成为
强度性质，或两个容量性质相除得强度性质。
系统的性质
强度性质
广度性质 物质的量
广 度 性 质 (1) 广 度 性 质 (2)
m V U n
Vm Sm
V n S n
Um
热力学平衡态 当系统的诸性质不随时间而改变，则系统 就处于热力学平衡态，它包括下列几个平衡： 热平衡（thermal equilibrium） 系统各部分温度相等 力学平衡（mechanical equilibrium） 系统各部的压力都相等，边界不再移动。如 有刚壁存在，虽双方压力不等，但也能保持力学 平衡
M y
N x x y
Euler 对易关系式 —全微分的充要条件。
高等工程热力学 第二讲-做功能力PPT课件
做功能力
考虑到
(T0 . p0 )
(T0 . p0 )
(T0 . p0 )
Q Q0 TdS T0dS (T0 T )dS
(T . p)
(T . p)
(T . p)
(T0 . p0 )
所以 Wumax ( p p0 )dV (Q0 Q)
(T . p)
(T0 . p0 )
(T0 . p0 )
做功能力Wre ( p p0 )dV pdV p0 (V0 V )
(T . p)
(T . p)
(T0 . p0 )
Wc (Q0 Q) Q0 [U pdV ]
(T . p)
Wumax (U U0 ) T0 (S S0 ) p(V V0 )
如果系统温度小于环境温度在变化到与环 境平衡的过程中系统一定是吸热的，dS是大 于零的，第二项大于零。
做功能力
到此，我们看到了做功能力的两 条重要的基本性质
1.做功能力是度量不平衡势差的 物理量，是拥有势差的所有系统共 同拥有的特性；
2.做功能力具有非负性。
做功能力
§2-4 热量的做功能力
（1）热量是由于温差这个“力”作用下 出现的“流”，既然做功能力是度量“力” 的特性，怎么能用于度量“流”；
T0 (S0 S ) (U0 U ) (Wre Wc )
Wre Wc (U U0 ) T0 (S S0 )
Wu max Wre Wc p0 (V0 V )
Wumax (U U0 ) T0 (S S0 ) p(V V0 )
开口系：
Wumax (h h0 ) T0 (s s0 )
( p p0 )dV (T0 T )dS
(T . p)
(T . p)
大学物理热力学第二定律课件讲义PPT幻灯片
对于孤立系统中发生的任何过程，系统的熵 或者增加(如果过程是不可逆的)，或者保持不变 (如果过程是可逆的).
二、熵增加原理 热律的数学表述
孤立系统自发过程方向性问题 表述：孤立系统内自发的过程，熵永不减少。
ΔS 0
不可逆过程 ΔS S2 S1 > 0
可逆过程 S 0 ——熵增加原理
一、两种表述
1. 克劳修斯(Clisuis)表述：（1850）(致冷机)
热量不能自动地从低温物体传向高温物体
其唯一效果是热量从低温物体传向高 温物体的过程是不可能发生的。
2. 开尔文（Kelvin)表述（1851）：(热机)
其唯一效果是热全部转变成功的过程是不 可能发生的。
不可能从单一热源吸热，使之完全变为有 用功而不产生其它影响。
可逆过程例2：准静态传热
系统 T1
温差无限小
T1+dT T1+2dT T1+3dT
“等温”传热
T2
可逆过程例3：卡诺循环。
工质和恒温热库等温传热；
工质与外界无摩擦准静态做功。
9.2 热力学第二定律 “各种宏观过程的方向性的相互沟通”说明宏 观过程的进行遵从共同的规律----热二律 热二律以否定的语言说出一条确定的规律。
{ 证η明≤ )1，其TT内12 容＜是=，：，不可可逆逆机机与工作物质无关
欲 ，应 T1 , T2 并使热机尽量接近可逆机。
9.3 熵与熵增加原理
•熵(entropy) (以S表示)是一个重要的状态参量。
•热力学中 以熵的大小 S 描述状态的 无序性， 以熵的变化 S 描述过程的 方向性。 •本节将讨论熵的引进、计算等问题。
的比值的总和为零，即：
dQ 0
二、熵增加原理 热律的数学表述
孤立系统自发过程方向性问题 表述：孤立系统内自发的过程，熵永不减少。
ΔS 0
不可逆过程 ΔS S2 S1 > 0
可逆过程 S 0 ——熵增加原理
一、两种表述
1. 克劳修斯(Clisuis)表述：（1850）(致冷机)
热量不能自动地从低温物体传向高温物体
其唯一效果是热量从低温物体传向高 温物体的过程是不可能发生的。
2. 开尔文（Kelvin)表述（1851）：(热机)
其唯一效果是热全部转变成功的过程是不 可能发生的。
不可能从单一热源吸热，使之完全变为有 用功而不产生其它影响。
可逆过程例2：准静态传热
系统 T1
温差无限小
T1+dT T1+2dT T1+3dT
“等温”传热
T2
可逆过程例3：卡诺循环。
工质和恒温热库等温传热；
工质与外界无摩擦准静态做功。
9.2 热力学第二定律 “各种宏观过程的方向性的相互沟通”说明宏 观过程的进行遵从共同的规律----热二律 热二律以否定的语言说出一条确定的规律。
{ 证η明≤ )1，其TT内12 容＜是=，：，不可可逆逆机机与工作物质无关
欲 ，应 T1 , T2 并使热机尽量接近可逆机。
9.3 熵与熵增加原理
•熵(entropy) (以S表示)是一个重要的状态参量。
•热力学中 以熵的大小 S 描述状态的 无序性， 以熵的变化 S 描述过程的 方向性。 •本节将讨论熵的引进、计算等问题。
的比值的总和为零，即：
dQ 0
热力学第二定律PPT课件
WR1 5743J
WI3 44.90103 J
上一页
WR2 5743J
I1+R2: Q=-W=-WI1-WR2 =-5743J (系统放热，得功）
I2+R2: Q=-W=-WI2-WR2 =-3498J (系统放热，得功）
R1+R2: Q=-W=-WR1-WR2 = 0
I3+R2: Q=-W=-WI3-WR2 = 39.16×103J
克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的。
T1
反 证
法
Q1
证
Q2
热机 W
两 种
Q2
说 法
T2
等 价
T1
Q1 W
热机
Q1 Q3
制冷机
Q3
T2
开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而
不产生其它变化是不可能的。
3.热力学第二定律(the second law of thermodynamics) 克劳修斯：热从低温物体传给高温物体而不产生其
它变化是不可能的. 开尔文：从一个热源吸热，使之完全转化为功，而不
产生其它变化是不可能的。
注意不要把开尔文说法说成：功可以完全转化为热，
而热不能完全转化为功。遗留的其他变化很重要。
理想气体恒温膨胀时，它所吸收的热全部用来做功，
这是否违背开尔文说法?
不违背
它没有否定还有其它变化，此时附带的另一变化是 气体的体积变大，即系统的状态改变了
过程——体系状态随时间发生变化。
平衡态——在没有外部影响的条件下，系统的所 有宏观性质不随时间变化的状态。
平衡体系的状态得以发生变化依赖环境的影 响，只有来自于体系外部的影响才能使处于平衡 态的体系发生变化。
大学物理热学PPT课件
平衡态：孤立系统所长期维持的状态。
孤立： 不受干扰，不与系统外的其它物质发生任何关系 （发生相互作用，或交换任何东西）。
注意：“孤立=无相互作用”，“长期维持的状态”，这两个特色表明， “平衡态”概念与“惯性”运动概念非常相似。
实际上，平衡态概念在热学中有着与惯性概念在力学中的同等重要地位。 可以说是热学中的“惯性”状态，是个安静老实的状态。
例 氧气瓶的压强降到106Pa即应重新充气，以免混 题 入其他气体而需洗瓶。今有一瓶氧气，容积为
32L，压强为1.3107Pa，若每天用105Pa的氧气 400L，问此瓶氧气可供多少天使用？设使用时
温度不变。
解: 根据题意，可确定研究对象为原来气体、用去气 体和剩余气体，设这三部分气体的状态参量分别为
V，P，M
几何，力学，化学
T
平衡态，热
注意： 它们只对平衡状态才成立。 另外它们只是近似的自然规律，不是像万有引力或库仑定律那样的100%正确的公式。
实际气体状态方程 范德瓦尔斯的气体状态方程
范德瓦尔斯利用微观分子运动的图象，提出理想气体的平衡状态方程修改为
P
a 2
V2
V b RT
在低密度极限v→0下，有bv <<V
多元系：由多种化学成分组成的系统，如空气
按系统组成均匀性分：
单相系：由单一均匀成分构成的系统，如水、
多相系：由多个均匀成分组合的系统，如水与水蒸汽组合的系统
物态
热学的两部分内容: (1) 热力学：学习静止物体的不同状态、 它们的能量差别，状态发生转变的规律等。
(为简单起见，忽略与物体运动，几何变形等力学课中相关的东西)。 (2) 分子运动论：学习分子运动的某些规律和描述方法， 以及它们与热力学之间的联系。
热力学完整ppt课件
有足够时间恢复新平衡 准静态过程
精选ppt课1件82021
18
准平衡过程的实质
温差
温差
压差
压差
平衡点1
平衡点2
平衡点3
不平衡
不平衡
压差作用下的准平衡
p (p e x F A )t 0或 p 者 p e x F A t
温差作用下的准平衡
T ( T T e) x 0 或 tT T e 者 xt
• 边界：
系统与外界的分界面（线）。
6
精选ppt课件2021
6
三、热力系分类
１、 按系统与外界质量交换 闭口系（控制质量CM） —没有质量越过边界
开口系（控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
7
精选ppt课件2021
7
２. 按能量交换
绝热系— 与外界无热量交换;
孤立系— 与外界无任何形式的质能交换。
精选ppt课1件72021
17
1-5工质的状态变化过程
准平衡过程的定义
若过程进行得相对缓慢，工质在平衡被破坏后 自动恢复平衡所需的时间，即所谓弛豫时间又很 短，工质有足够的时间来恢复平衡，随时都不致 显著偏离平衡状态，那么这样的过程就叫做准平 衡过程。
破坏平衡所需时间
恢复平衡所需时间
（外部作用时间） >> （驰豫时间）
平衡的本质：
不存在不平衡势差，即同时处于热平衡、力 平衡、相平衡和化学平衡。
精选ppt课1件52021
15
平衡与稳定
稳定：参数不随时间变化
稳定但存在不平衡势差 去掉外界影响，则状态 变化
稳定不一定平衡，但平衡一定稳定
精选ppt课1件62021
16
物理全套ppt课件完整版
方法误差、人为误差等。
数据处理方法
掌握实验数据的记录、整理、计算 和分析方法，如平均值法、逐差法、 作图法等。
误差估算与表示
学会估算实验结果的误差范围，并 能用适当的方式表示出来，如绝对 误差、相对误差、标准偏差等。
基本仪器使用与操作规范
仪器种类与功能
01
了解常用物理实验仪器的种类、功能和使用方法，如米尺、游
分析电场对导体和绝缘体的作用，讨 论静电感应、静电屏蔽和尖端放电等 现象。
恒定电流与电路分析
电流与电阻
欧姆定律与电阻串并联
介绍电流的形成和描述，讨论电阻的定义和 影响因素，分析线性电阻和非线性电阻的特 性。
详细解释欧姆定律，讨论电阻的串联和并联 规律，以及复杂电路的分析方法。
电功与电功率
电动势与闭合电路
气体动理论
气体动理论的基本假设
气体动理论的基本假设包括分子无规则热运动、分子间无相互作用力和分子与器壁碰撞完全 弹性等。
理想气体状态方程
理想气体状态方程是描述理想气体状态参量之间关系的方程，即pV=nRT，其中p是压强，V 是体积，n是物质的量，R是气体常数，T是热力学温度。
气体动理论的应用
气体动理论可以用来解释和计算气体的各种性质和行为，如气体的压强、温度、内能、热传 导和扩散等。同时，气体动理论也是研究气体分子运动规律和相互作用的基础。
标卡尺、天平、秒表、万用表等。
操作规范与安全注意事项
02
掌握仪器的正确操作方法和安全使用注意事项，避免损坏仪器
或造成实验事故。
仪器维护与保养
03
了解仪器的日常维护和保养方法，延长仪器的使用寿命。
典型实验案例解析
力学实验
通过具体案例解析力ຫໍສະໝຸດ 实验的设计思路、操作方法和数据处理技巧， 如牛顿第二定律的验证、动量守恒定律的验证等。
数据处理方法
掌握实验数据的记录、整理、计算 和分析方法，如平均值法、逐差法、 作图法等。
误差估算与表示
学会估算实验结果的误差范围，并 能用适当的方式表示出来，如绝对 误差、相对误差、标准偏差等。
基本仪器使用与操作规范
仪器种类与功能
01
了解常用物理实验仪器的种类、功能和使用方法，如米尺、游
分析电场对导体和绝缘体的作用，讨 论静电感应、静电屏蔽和尖端放电等 现象。
恒定电流与电路分析
电流与电阻
欧姆定律与电阻串并联
介绍电流的形成和描述，讨论电阻的定义和 影响因素，分析线性电阻和非线性电阻的特 性。
详细解释欧姆定律，讨论电阻的串联和并联 规律，以及复杂电路的分析方法。
电功与电功率
电动势与闭合电路
气体动理论
气体动理论的基本假设
气体动理论的基本假设包括分子无规则热运动、分子间无相互作用力和分子与器壁碰撞完全 弹性等。
理想气体状态方程
理想气体状态方程是描述理想气体状态参量之间关系的方程，即pV=nRT，其中p是压强，V 是体积，n是物质的量，R是气体常数，T是热力学温度。
气体动理论的应用
气体动理论可以用来解释和计算气体的各种性质和行为，如气体的压强、温度、内能、热传 导和扩散等。同时，气体动理论也是研究气体分子运动规律和相互作用的基础。
标卡尺、天平、秒表、万用表等。
操作规范与安全注意事项
02
掌握仪器的正确操作方法和安全使用注意事项，避免损坏仪器
或造成实验事故。
仪器维护与保养
03
了解仪器的日常维护和保养方法，延长仪器的使用寿命。
典型实验案例解析
力学实验
通过具体案例解析力ຫໍສະໝຸດ 实验的设计思路、操作方法和数据处理技巧， 如牛顿第二定律的验证、动量守恒定律的验证等。
高二物理热力学第二定律省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖PPT课件
热力学第二定律
1/27
• 一、学习目标： • 二、重点和难点： • 三、教学过程：
2/27
• 1.了解热传导过程方向性。 • 2.了解什么是第二类永动机，为何第二类永
动机不可能制成。 • 3.了解热力学第二定律两种不一样表述，以
及这两种表述物理实质。 • 4.了解什么是能量耗散。
3/27
• 二、重点和难点： • 重点：热力学第二定律物理实质和两种常
低温热库
9/27
(二)第二类永动机
• 1．第二类永动机：人们把想象中能够从单 一热源吸收热量，全部用来做功而不引发 其它改变热机叫做第二类永动机。
• 2．第二类永动机不可能制成 • 表示机械能和内能转化过程含有方向
性．尽管机械能能够全部转化为内能，内 能却不能全部转化成机械能，同时不引发 其它改变．
22/27
上题答案：A B C D
• 2.热机是一个______装置，热机 做功和它从热源吸收热量比值叫做 热机______．答案：
• 3.能量耗散是从 ________角度反应出自然界中宏 观过程含有方向性．答案：
23/27
2答案：把内能转化为机械能；效率 3答案：热现象
• 4.热力学第二定律使人们认识到， 自然界中进行包括________现象 宏观过程都含有________性，比 如机械能能够________转化为内 能，但内能_______全部转化为机 械能，而不引发其它改变．
avx钽电容 钽电容 / avx代理商 贴片钽电容
不过，在交流电路中，因为电流方向是随时间成一定函数关系改变。而电容器充放电过程是有时间，这个时候，在极板间形成改变电场， 而这个电场也是随时间改变函数。实际上，电流是经过电场形式在电容器间经过。
1/27
• 一、学习目标： • 二、重点和难点： • 三、教学过程：
2/27
• 1.了解热传导过程方向性。 • 2.了解什么是第二类永动机，为何第二类永
动机不可能制成。 • 3.了解热力学第二定律两种不一样表述，以
及这两种表述物理实质。 • 4.了解什么是能量耗散。
3/27
• 二、重点和难点： • 重点：热力学第二定律物理实质和两种常
低温热库
9/27
(二)第二类永动机
• 1．第二类永动机：人们把想象中能够从单 一热源吸收热量，全部用来做功而不引发 其它改变热机叫做第二类永动机。
• 2．第二类永动机不可能制成 • 表示机械能和内能转化过程含有方向
性．尽管机械能能够全部转化为内能，内 能却不能全部转化成机械能，同时不引发 其它改变．
22/27
上题答案：A B C D
• 2.热机是一个______装置，热机 做功和它从热源吸收热量比值叫做 热机______．答案：
• 3.能量耗散是从 ________角度反应出自然界中宏 观过程含有方向性．答案：
23/27
2答案：把内能转化为机械能；效率 3答案：热现象
• 4.热力学第二定律使人们认识到， 自然界中进行包括________现象 宏观过程都含有________性，比 如机械能能够________转化为内 能，但内能_______全部转化为机 械能，而不引发其它改变．
avx钽电容 钽电容 / avx代理商 贴片钽电容
不过，在交流电路中，因为电流方向是随时间成一定函数关系改变。而电容器充放电过程是有时间，这个时候，在极板间形成改变电场， 而这个电场也是随时间改变函数。实际上，电流是经过电场形式在电容器间经过。
2024版全新热力学完整ppt课件
2024/1/24
22
05
热力学在能源领域应用
2024/1/24
23
能源分类及利用现状
能源分类
按照来源可分为化石能源、核能、可再生能源等； 按照性质可分为一次能源和二次能源。
利用现状
当前全球能源消费仍以化石能源为主，但可再生 能源占比逐年提升，核能发展平稳。
存在问题
化石能源的过度使用导致环境污染和气候变化问 题日益严重。
2024/1/24
03
热力学面临的挑战
随着科技的发展，热力学面临着许多挑战，如高温高压条件下的热力学
性质预测、复杂系统的热力学描述等。
29
热力学前沿科技介绍
热力学在新能源领域的应 用
热力学在太阳能、风能、地热能等新能源领域 的应用，为新能源的开发和利用提供了理论支 持。
2024/1/24
热力学在环保领域的应用
率等。
19
卡诺循环及其效率计算
2024/1/24
卡诺循环定义
卡诺循环是一种理想的可逆热力循环，由两个等温过程和两个绝 热过程组成。
卡诺定理
卡诺定理指出，在相同热源和冷源温度条件下，任何可逆循环的效 率都等于卡诺循环的效率。
卡诺循环效率计算
卡诺循环的效率可通过计算热源和冷源温度的比值得到，即η=1T2/T1。
5
热力学第一定律
2024/1/24
热力学第一定律的表述
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其 他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
热力学第一定律的数学表达式
ΔU=Q-W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热 量，W表示系统对外所做的功。
6
热力学第二定律