第章热力学.ppt
《第章热力学.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第章热力学.ppt(84页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、1,第 9 章 热力学,1热学的研究对象和研究方法 2平衡态 理想气体状态方程 3 功 热量 热力学第一定律 4 准静态过程中功和热量的计算 5 理想气体的内能和热容 6热力学第一定律应用 7绝热过程 8 循环过程 9热力学第二定律 10 可逆与不可逆过程 11卡诺循环卡诺定理,2,概 述,1热学的研究对象和研究方法 一、 冷热 - 温度 与温度有关的物理规律 热学的意义:1)大量存在 2)能量转化,对象的特征:大量无规运动的粒子组成,超人,与宇宙同时出生,(150亿年前),每秒数10个分子,数到现在才数了,3,地球上全部大气约有1044个分子 一个人每次呼吸气体大约是1022个分子 比值接近
2、1个摩尔的数值,4,二、研究热现象的两大分支 1. 热力学 宏观 实验 能量 可靠,2. 统计物理 微观 理论模型,相辅相成、相互补充,普物的任务,开门、见识,物理的绿洲,经典粒子 量子粒子,牛顿力学规律 量子力学规律,先经典、后量子,概念、方法相通,5,统计物理的基本思想 宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子 进行无规运动的一些微观量的统计平均值 宏观量 实测的物理量 如 P T V 等 微观量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、能量等等,无法直接测量的量,气体分子系统的统计分布,6,解决问题的一般思路 从单个粒子的行为出发 大量粒子的行为- 统计规律,统计的方法,模式:
3、假设 结论 验证 修正 理论,例如:微观认为宏观量P 是大量粒子碰壁的平均作用力,先看一个碰一次,再看集体,7,统计方法:,一个粒子的多次行为 多个粒子的一次行为,结果相同,如:掷硬币 看正反面出现的比例 比例接近1/2 统计规律性: 大量随机事件从整体上表现出来的规律性 量必须很大(魔术师) 统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示),8,小球落入其中一,分布服从统计规律,大量小球在空间的,格是一个偶然事件,伽耳顿板演示,9,10,什么叫统计规律? 在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上表现出确定的规律 统计规律必然伴随着涨落 什么叫涨落? 对统计规律的偏离现象 涨落有时大 有时小 有时正 有
4、时负 例如:伽耳顿板实验中 某坐标x附近x区间 内分子数为N 涨落的幅度:,11,涨落的百分比:,如,什么概念呢? 某次测量落在这个区间的分子数是:,12,如果在这个区间的分子数是:,涨落幅度 和涨落百分比,结论:分子数愈多 涨落的百分比愈小,涨落实例:微电流测量时电流的涨落 电子器件中的“热噪声”,13,热力学基础,从实验归纳总结,定律,热力学第一定律 热力学第二定律 基础定律,地位: 相当于力学中的牛顿定律,-能量转化 -过程方向性,14,2平衡态 理想气体状态方程 本课程中研究对象的理想特征,1.对象,理想气体,宏观定义: 严格遵守气体三定律 实际气体理想化: P 不太高 T 不太低,微
5、观上也有定义 理论框架主体是 理想气体,1) 在理想气体理论 基础上加以修正,2) 经验,15,2.状态,平衡态,定义: 在不受外界影响的条件下 对一个孤立 系统 经过足够长的时间后 系统达到 一个宏观性质不随时间变化的状态,用一组宏观量描述某时的状态,非平衡态,16,实际上的处理: 1)是否可看作平衡态? 足够长 2)实在不行 - 分小块 3)远离平衡态 - 非线性 耗散结构,本课的主体: 平衡态 介绍: 远离平衡态,17,温度,一、几个基本概念 1.温度 处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质 2.热平衡定律(热力学第零定律) 实验表明:若 A与C热平衡 B与C热平衡 则 A与B热平衡 意
6、义:互为热平衡的物体必然存在一个相同的 特征- 它们的温度相同,18,二、理想气体状态方程,M - 质量 - mol 质量 V - 理气活动空间,R-普适气体恒量,第零定律 不仅给出了温度的概念 而且指 出了判别温度是否相同的方法,热力学温标T(单位:K 开尔文),摄氏温标与热力学温标的换算关系:,19,常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m,常用形式,20,分子数密度,玻耳兹曼常数,理想气体状态方程,21,热力学系统由大量粒子组成 1) 标况,十亿亿亿,22,2) 高真空,十亿,大量、无规,统计方法,数学基础-概率论,23,1.理气状态方程,2.不漏气系统 各状态的关系,24,3.
7、P-V 图,通常还画 P - T、P - V T - V 、T E 图,P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程,25,3 功 热量 热力学第一定律,保守系系统在其质心参考系中的机械能守恒定律,系统的内能等于系统 的内动能及各质点间的势能的总和,改变热力学状态的两种能量交换形式,热力学过程 系统状态发生变化的过程,26,外界对系统作功 宏观功 2.从外界吸收热量 微观功,结论: 1)改变系统状态(E)的方式有两种,2)作功、传热是相同性质的物理量 均是 过程量,27,适用一切过程 一切系统,初末态是平衡态,热力学第一定律,对系统做的功,则,以 表示系统对外界做的功,则,热力学
8、第一定律,28,每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化-无限缓慢(准) “无限缓慢”:系统变化的过程时间驰豫时间 例1 气体的准静态压缩,过程时间 1 秒,准静态过程,4 准静态过程中功和热量的计算,29,例2 准静态传热,准静态过程,每一微小过程均是平衡过程,30,实际过程太迅速了 怎么办? 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验 本课介绍 气体分子动理论 平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系 热力学基础 实验的总结-必定涉及过程 结论是普适的(对象 过程不限) 但 具体的理论计算 必是理气、准静态过程,31,系统从初态,计算系统对外作的功,系统器壁上小面元,对器壁作用力,在某一时刻
9、,准静态过程中体积功的计算,32,准静态过程中体积功的计算,1)准静态 与系统种类无关 2)示功图,33,3)功是过程量,4)一般元功,为了说明功是过程量 通常在微分号上画一小横,同理,或,34,5 理想气体的内能和热容,一、 物质的热容量 二、 摩尔热容量 三、 热量的计算,35,与过程有关,一、 物质的热容量,二、 摩尔热容量,Q可以 0 = 0 0,36,1、理想气体等容摩尔热容 (1)等容过程方程,(2)热力学第一定律,过程曲线,若加一些条件 若为准静态 若为理想气体 若理气准静态,37,(3)理气等容摩尔热容,38,(4)理气内能,适用范围: 理气任意小过程,39,2、理气等压摩尔热
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 热力学
链接地址:https://www.31doc.com/p-2632447.html