大学物理(第三版)热学 第一章PPT课件
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大学物理热学ppt课件
制冷机原理
利用工作物质在低温下吸热并在高温下放热，实现制冷效果的装置。制冷机通过消耗一定的机械能或电能， 将热量从低温物体传递到高温物体。常见的制冷机有冰箱、空调和冷库等。
热力学第二定律与熵增原理
热力学第二定律
热量不可能自发地从低温物体传递到高温 物体而不引起其他变化。热力学第二定律 揭示了自然界中能量转换的方向性和不可 逆性。它是热力学基本定律之一，对热力 学理论的发展和应用具有重要意义。
03
热辐射是物体内部微观粒子热运动而产生的辐射，光辐
射则是原子或分子能级跃迁时产生的辐射。
黑体辐射公式及其意义
黑体定义
能够完全吸收入射的各种波长的电磁波的理想物体。
黑体辐射公式
普朗克黑体辐射公式描述了黑体辐射能量密度与温度、频率的关 系。
黑体辐射公式的意义
揭示了黑体辐射的量子化特性，为量子力学的诞生奠定了基础。
灰体、选择性吸收体等概念介绍
灰体定义
能够部分吸收入射的电磁波的物体，其吸收率 与波长无关。
选择性吸收体定义
对某些特定波长的电磁波具有较强吸收能力的 ห้องสมุดไป่ตู้体。
灰体与选择性吸收体的比较
灰体对所有波长的吸收率相同，而选择性吸收体则对不同波长的电磁波具有不 同的吸收率。
实际物体辐射规律探讨
01
实际物体的发射率
06 热学在生活和科 技中应用
利用工作物质在低温下吸热并在高温下放热，实现制冷效果的装置。制冷机通过消耗一定的机械能或电能， 将热量从低温物体传递到高温物体。常见的制冷机有冰箱、空调和冷库等。
热力学第二定律与熵增原理
热力学第二定律
热量不可能自发地从低温物体传递到高温 物体而不引起其他变化。热力学第二定律 揭示了自然界中能量转换的方向性和不可 逆性。它是热力学基本定律之一，对热力 学理论的发展和应用具有重要意义。
03
热辐射是物体内部微观粒子热运动而产生的辐射，光辐
射则是原子或分子能级跃迁时产生的辐射。
黑体辐射公式及其意义
黑体定义
能够完全吸收入射的各种波长的电磁波的理想物体。
黑体辐射公式
普朗克黑体辐射公式描述了黑体辐射能量密度与温度、频率的关 系。
黑体辐射公式的意义
揭示了黑体辐射的量子化特性，为量子力学的诞生奠定了基础。
灰体、选择性吸收体等概念介绍
灰体定义
能够部分吸收入射的电磁波的物体，其吸收率 与波长无关。
选择性吸收体定义
对某些特定波长的电磁波具有较强吸收能力的 ห้องสมุดไป่ตู้体。
灰体与选择性吸收体的比较
灰体对所有波长的吸收率相同，而选择性吸收体则对不同波长的电磁波具有不 同的吸收率。
实际物体辐射规律探讨
01
实际物体的发射率
06 热学在生活和科 技中应用
《大学物理》课件-热力学第一定律
Aex = A + Q 则机械能守恒在热力学系统的新形式： A + Q = ΔE
12
对于任何宏观系统的任何过程，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之和。
Q = E2－E1 + A
A = -A表示系统对外界做功。对初、末态为平衡态的无
限小过程
dQ = dE + 源自文库A
——涉及热现象的能量守恒定律的表述。 ——不需要能量输入而能继续做功的“第一类永动机”不 存在。
程有关。
导
过程1： 热 V1 T1
壁
V2 T2
绝
过程2： 热 V1 T1
壁
V2 T2
系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？
6
2.系统的内能
分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· (1)过程中保持不变的能量不必计入内能。 核能～106 eV，分子原子结合能～1 eV，1eV热能相当 温度～ 104 K。温度不太高时，不考虑分子内部原子结合 能、核能…。可以冻结相应的自由度。
13
(1)“内能”的一个可操作定义 以绝热方式(无能量交换)做功，所做的“绝热功”等
于系统内能的增量。 E2 - E1 = A（绝热过程）
(2)“热量”的一个可操作的定义 在不对系统做功的传热工程中，系统从外界吸收的热
量等于系统内能的增量。 Q = E2 - E1（无功过程）
12
对于任何宏观系统的任何过程，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之和。
Q = E2－E1 + A
A = -A表示系统对外界做功。对初、末态为平衡态的无
限小过程
dQ = dE + 源自文库A
——涉及热现象的能量守恒定律的表述。 ——不需要能量输入而能继续做功的“第一类永动机”不 存在。
程有关。
导
过程1： 热 V1 T1
壁
V2 T2
绝
过程2： 热 V1 T1
壁
V2 T2
系统始、末态相同。过程1和2做功一样吗？
6
2.系统的内能
分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能··· (1)过程中保持不变的能量不必计入内能。 核能～106 eV，分子原子结合能～1 eV，1eV热能相当 温度～ 104 K。温度不太高时，不考虑分子内部原子结合 能、核能…。可以冻结相应的自由度。
13
(1)“内能”的一个可操作定义 以绝热方式(无能量交换)做功，所做的“绝热功”等
于系统内能的增量。 E2 - E1 = A（绝热过程）
(2)“热量”的一个可操作的定义 在不对系统做功的传热工程中，系统从外界吸收的热
量等于系统内能的增量。 Q = E2 - E1（无功过程）
大学物理 热学第一章-气体动理论I
不同结构的分子其尺度不一样 例 标准状态氧分子 分子间距 10 10 直径 d 4 10 m 分子线度
二
分子力
r0 ~ 10
10
当 r r0 时，分子力 F 主要表现为斥力；当 r r0 时，分子力主要表现为引 o 9 力. r 10 m 时 F 0
m
r0
r
分子力
三
vi vix i viy j viz k 分子运动速度 各方向运动概率均等 v x v y v z 0
1 2 vix x N i 1 2 2 2 2 各方向运动概率均等 v x v y v z v 3
2 方向速度平方的平均值 v x
平衡态的特点
p
( p ,V , T )
( p ,V , T )
o
V
(1)单一性 (p，T 处处相等)；
(2)物态的稳定性—— 与时间无关；
(3)自发过程的终点； (4)热动平衡(有别于力平衡).
三
理想气体物态方程
理想气体宏观定义: 遵守三个实验定律的气体.
物态方程: 理想气体平衡态宏观参量间的 函数关系 .
气体压强公式
2 p n k 3
压强的物理意义
统计关系式
2 p n k 3
微观量的统计平均值
宏观可测量量
1-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系
二
分子力
r0 ~ 10
10
当 r r0 时，分子力 F 主要表现为斥力；当 r r0 时，分子力主要表现为引 o 9 力. r 10 m 时 F 0
m
r0
r
分子力
三
vi vix i viy j viz k 分子运动速度 各方向运动概率均等 v x v y v z 0
1 2 vix x N i 1 2 2 2 2 各方向运动概率均等 v x v y v z v 3
2 方向速度平方的平均值 v x
平衡态的特点
p
( p ,V , T )
( p ,V , T )
o
V
(1)单一性 (p，T 处处相等)；
(2)物态的稳定性—— 与时间无关；
(3)自发过程的终点； (4)热动平衡(有别于力平衡).
三
理想气体物态方程
理想气体宏观定义: 遵守三个实验定律的气体.
物态方程: 理想气体平衡态宏观参量间的 函数关系 .
气体压强公式
2 p n k 3
压强的物理意义
统计关系式
2 p n k 3
微观量的统计平均值
宏观可测量量
1-4 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系
大学物理 热力学基础A1
气体
真空
例： 一定量的理想气体在PV图中的等温线与绝热
线交点处两线的斜率之比为0.714，求Cv。
解： ( dP
dV ( dP dV
)T )a -
P
(
dP dV dP dV
V P V
(
)T )a
1
0 . 714
由
C
p
Cv R Cv
Cv
Cv
R
-1
20 . 8 ( Jmol
多原子 双原子 单原子
理想气体的热容与温度无关。这一结论在低 温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。
§15- 5 绝热过程(dQ = 0)
----系统不与外界交换热量的过程。
一、 绝热过程的功：
绝热过程中系统对外做功全部是以系统内能 减少为代价的。
A -E -
M M
mol
CV T
无论过程是准静态 的还是非准静态的
A P (V 2 - V 1 ) M M
mol
R ( T 2 - T1 )
M M
mol
RT
Q E A
M M
mol
RT
i2 2
等压过程中，系统从外界吸热，一部分用 来增加气体内能，一部分用来对外作功。
例题：为了使刚性双原子分子理想气体 在等压膨胀过程中对外作功2 J，必须传 给气体多少热量？
真空
例： 一定量的理想气体在PV图中的等温线与绝热
线交点处两线的斜率之比为0.714，求Cv。
解： ( dP
dV ( dP dV
)T )a -
P
(
dP dV dP dV
V P V
(
)T )a
1
0 . 714
由
C
p
Cv R Cv
Cv
Cv
R
-1
20 . 8 ( Jmol
多原子 双原子 单原子
理想气体的热容与温度无关。这一结论在低 温时与实验值相符，在高温时与实验值不符。
§15- 5 绝热过程(dQ = 0)
----系统不与外界交换热量的过程。
一、 绝热过程的功：
绝热过程中系统对外做功全部是以系统内能 减少为代价的。
A -E -
M M
mol
CV T
无论过程是准静态 的还是非准静态的
A P (V 2 - V 1 ) M M
mol
R ( T 2 - T1 )
M M
mol
RT
Q E A
M M
mol
RT
i2 2
等压过程中，系统从外界吸热，一部分用 来增加气体内能，一部分用来对外作功。
例题：为了使刚性双原子分子理想气体 在等压膨胀过程中对外作功2 J，必须传 给气体多少热量？
大学物理热学完整ppt课件
需要保温的原因是：系统可能会以你不容易察觉的方式偷偷地通过容器壁
与外界交换着某种东西：热=一种能量流动的模式。
实验室里，绝热=保温，最常见的办法是用: 杜瓦瓶=开水瓶。 因此，“用杜瓦瓶实现绝热”的山寨版.说法就是“用开水瓶保温”。
两点说明：
（1处）在平平衡衡态态是的一大种量热分动子平仍衡在；作热运动，而 且因为碰撞， 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。
系统所受外界影响可以略去，宏观性质只有很 小变化（时2，）可平近衡似态看是作一是种平理衡想态概。念。
系统所受外界影响，且宏观性质不变化时，称 系统处于稳定态。
.
热接触：
如果两个(或多个)系统之间的器壁不 绝热，它们之间可以传热，或导热
，则称之为"热接触"。
热接触
热接触的系统之间可以有能量传递。这种能量的流动方式 称作“热量”，以区别于，比如，通过作“功”发生的机 械能传递。
.............................. ...............................
开始
扩散 (非平衡态)
.
终了 (平衡态)
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。
与外界交换着某种东西：热=一种能量流动的模式。
实验室里，绝热=保温，最常见的办法是用: 杜瓦瓶=开水瓶。 因此，“用杜瓦瓶实现绝热”的山寨版.说法就是“用开水瓶保温”。
两点说明：
（1处）在平平衡衡态态是的一大种量热分动子平仍衡在；作热运动，而 且因为碰撞， 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。
系统所受外界影响可以略去，宏观性质只有很 小变化（时2，）可平近衡似态看是作一是种平理衡想态概。念。
系统所受外界影响，且宏观性质不变化时，称 系统处于稳定态。
.
热接触：
如果两个(或多个)系统之间的器壁不 绝热，它们之间可以传热，或导热
，则称之为"热接触"。
热接触
热接触的系统之间可以有能量传递。这种能量的流动方式 称作“热量”，以区别于，比如，通过作“功”发生的机 械能传递。
.............................. ...............................
开始
扩散 (非平衡态)
.
终了 (平衡态)
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。
大学物理热学课件(基础物理)第一章(热力学系统的平衡态及状态方程)
1 p 1 p (3)等体压强系数: lim0 T p T p T V V
可以证明： p 即 , , 中只有两个可以独立变化。
26
理学院 物理系 陈强
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
热现象与物质的分子运动密切相关。大量分 子的无规则运动称为分子的热运动。
19
理学院 物理系 陈强
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
说明： (1) 不受外界影响指系统与外界不通过作功或传热的 方式交换能量，但可处于均匀的外力场中； 两头处于冰水、沸水中的金属棒 如： 是一种稳定态，而不是平衡态；
高温
低温
处于重力场中气体系统的粒子数密 度随高度变化， 但它是平衡态。 (2) 平衡是热动平衡，是微观运动的平均效果不变。
理学院 物理系 陈强
1
理学院 物理系 陈强
基础物理学
热学部分主要内容
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程 第二章 热平衡态的统计分布律 第三章 近平衡态中的输运过程 第四章 热力学第一定律 第五章 热力学第二定律和第三定律 第六章 单元系的相变与复相平衡
2
理学院 物理系 陈强
概论
概论
研究热力学系统的热现象和热运动规律。
三.系统间的热平衡
若两系统发生热接触后能继续处于原来的平衡态而 不发生变化, 则称这两个系统处于热平衡. 21
可以证明： p 即 , , 中只有两个可以独立变化。
26
理学院 物理系 陈强
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
热现象与物质的分子运动密切相关。大量分 子的无规则运动称为分子的热运动。
19
理学院 物理系 陈强
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
说明： (1) 不受外界影响指系统与外界不通过作功或传热的 方式交换能量，但可处于均匀的外力场中； 两头处于冰水、沸水中的金属棒 如： 是一种稳定态，而不是平衡态；
高温
低温
处于重力场中气体系统的粒子数密 度随高度变化， 但它是平衡态。 (2) 平衡是热动平衡，是微观运动的平均效果不变。
理学院 物理系 陈强
1
理学院 物理系 陈强
基础物理学
热学部分主要内容
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程 第二章 热平衡态的统计分布律 第三章 近平衡态中的输运过程 第四章 热力学第一定律 第五章 热力学第二定律和第三定律 第六章 单元系的相变与复相平衡
2
理学院 物理系 陈强
概论
概论
研究热力学系统的热现象和热运动规律。
三.系统间的热平衡
若两系统发生热接触后能继续处于原来的平衡态而 不发生变化, 则称这两个系统处于热平衡. 21
大学物理热力学PPT课件
焓
定义为系统的内能与体积的乘积，即H=U+pV，用于描述等压过 程中的能量变化。
熵
表示系统无序程度的物理量，是状态函数，与路径无关。在可逆过 程中，熵保持不变；在不可逆过程中，熵增加。
麦克斯韦关系式
麦克斯韦关系式是热力学中描述系统 状态变量之间关系的一组偏微分方程 ，由四个基本热力学势导出。
通过麦克斯韦关系式，可以推导出许 多有用的热力学公式，如克拉珀龙方 程、焦耳-汤姆逊系数等。
临界点现象
在临界点附近，物质的物理性质 发生显著变化，如密度、粘度、 热容等出现异常现象。
临界参数计算
通过测量临界点附近的物理性质 ，可以计算出物质的临界温度、 临界压力和临界密度等参数。
临界点的意义
临界点是物质相变过程中的一个 重要特征点，对于理解物质的相 变规律和热力学性质具有重要意 义。
液体表面张力与毛细现象
热量的定义和单位
热量是热传递过程中传递能量的多少，单位是焦 耳（J）。
3
温度与热量的关系
温度是物体分子热运动的平均动能的标志，而热 量是物体之间由于温差而传递的能量。
热力学系统及其状态
热力学系统的定义
01
热力学系统是指由大量微观粒子（如分子、原子等）组成的宏
观物体。
热力学状态的定义
02
热力学状态是指热力学系统在某一时刻所呈现出来的宏观性质
定义为系统的内能与体积的乘积，即H=U+pV，用于描述等压过 程中的能量变化。
熵
表示系统无序程度的物理量，是状态函数，与路径无关。在可逆过 程中，熵保持不变；在不可逆过程中，熵增加。
麦克斯韦关系式
麦克斯韦关系式是热力学中描述系统 状态变量之间关系的一组偏微分方程 ，由四个基本热力学势导出。
通过麦克斯韦关系式，可以推导出许 多有用的热力学公式，如克拉珀龙方 程、焦耳-汤姆逊系数等。
临界点现象
在临界点附近，物质的物理性质 发生显著变化，如密度、粘度、 热容等出现异常现象。
临界参数计算
通过测量临界点附近的物理性质 ，可以计算出物质的临界温度、 临界压力和临界密度等参数。
临界点的意义
临界点是物质相变过程中的一个 重要特征点，对于理解物质的相 变规律和热力学性质具有重要意 义。
液体表面张力与毛细现象
热量的定义和单位
热量是热传递过程中传递能量的多少，单位是焦 耳（J）。
3
温度与热量的关系
温度是物体分子热运动的平均动能的标志，而热 量是物体之间由于温差而传递的能量。
热力学系统及其状态
热力学系统的定义
01
热力学系统是指由大量微观粒子（如分子、原子等）组成的宏
观物体。
热力学状态的定义
02
热力学状态是指热力学系统在某一时刻所呈现出来的宏观性质
大学物理：3热力学第一定律
p
1 放热 2
3 吸热
Q＝0 V
§3.6 循环过程 一、循环过程 系统(工质)经一系列变化回到初态的整个过程。
锅炉（高温热库）
A2 泵
T1 Q1
气 缸
A1
T2 Q2
冷凝器（低温热库）
循环过程的特征：工质复原，内能不变 E = 0
如果循环的各阶段均为准静态过程，则循 环过程可用闭合曲线表示：
p
p
Q吸
1 2
V1
V2 V
等温膨胀：内能不变（ 吸的热全做功）
绝热膨胀：系统不吸热，对外做功，内能减小
温度降低，T1 >T2 ，p1>p2.
3、准静态绝热过程理想气体对外做的功
V2
A pdV , pV C p1V1 p2V2
V1
p
V2
A C V dV
(p2,V2) (p1,V1) V
V1
系统的热容：
C
dQ dT
单位：J/K
热容是一个过程量。
1、定压热容
C
p
dQ dT
（压强不变）
p
2、定体热容
CV
dQ dT V
（体积不变）
二、摩尔热容 1mol物质的热容
Cm
C
单位：J/(mol·K)
三、理想气体的摩尔热容
1、定体摩尔热容
1 放热 2
3 吸热
Q＝0 V
§3.6 循环过程 一、循环过程 系统(工质)经一系列变化回到初态的整个过程。
锅炉（高温热库）
A2 泵
T1 Q1
气 缸
A1
T2 Q2
冷凝器（低温热库）
循环过程的特征：工质复原，内能不变 E = 0
如果循环的各阶段均为准静态过程，则循 环过程可用闭合曲线表示：
p
p
Q吸
1 2
V1
V2 V
等温膨胀：内能不变（ 吸的热全做功）
绝热膨胀：系统不吸热，对外做功，内能减小
温度降低，T1 >T2 ，p1>p2.
3、准静态绝热过程理想气体对外做的功
V2
A pdV , pV C p1V1 p2V2
V1
p
V2
A C V dV
(p2,V2) (p1,V1) V
V1
系统的热容：
C
dQ dT
单位：J/K
热容是一个过程量。
1、定压热容
C
p
dQ dT
（压强不变）
p
2、定体热容
CV
dQ dT V
（体积不变）
二、摩尔热容 1mol物质的热容
Cm
C
单位：J/(mol·K)
三、理想气体的摩尔热容
1、定体摩尔热容
大学物理 热力学第一定理等体等压等温绝热过程PPT课件
dQ dE pdV 解决过程中能
（2） Q E V2 pdV 量转换的问题 V1 （3） E E(T )（理想气体的状态函数）
（4） 各等值过程的特性 .
12
第12页/共28页
5.1 等体过程 摩尔定体热容
特性 V 常量 过程方程 PT 1 常量 p
dV 0 dW 0 p2
( p2,V ,T2 )
CV ,m
dQV dT
dQV dE CV ,mdT
由热力学第一定律
QV CV ,m (T2 T1) E2 E1
15
第15页/共28页
p
等 p2 体 升 p1 压o
2 ( p2,V ,T2 )
1 ( p1,V ,T1)
V
V
p
等 p1 体 降 p2 压o
1( p1ห้องสมุดไป่ตู้V ,T1)
2( p2,V ,T2 )
7
第7页/共28页
E E(T )
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 .
系统内能的增量只与系统的初态和末
态有关，与系统所经历的过程无关 .
p
p
A*
1
A*
1
2 *B
o
V
EAB C
2 *B
o
V
EA1B2 A 0
8
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（2） Q E V2 pdV 量转换的问题 V1 （3） E E(T )（理想气体的状态函数）
（4） 各等值过程的特性 .
12
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5.1 等体过程 摩尔定体热容
特性 V 常量 过程方程 PT 1 常量 p
dV 0 dW 0 p2
( p2,V ,T2 )
CV ,m
dQV dT
dQV dE CV ,mdT
由热力学第一定律
QV CV ,m (T2 T1) E2 E1
15
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p
等 p2 体 升 p1 压o
2 ( p2,V ,T2 )
1 ( p1,V ,T1)
V
V
p
等 p1 体 降 p2 压o
1( p1ห้องสมุดไป่ตู้V ,T1)
2( p2,V ,T2 )
7
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E E(T )
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 .
系统内能的增量只与系统的初态和末
态有关，与系统所经历的过程无关 .
p
p
A*
1
A*
1
2 *B
o
V
EAB C
2 *B
o
V
EA1B2 A 0
8
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大学物理 第一章-温度
M 0.10kg
8.31103 m3
剩余氧气的质量：
P 5 P 8
M
PV RT
M mol
T 273 27 6.67 102 kg
300K
漏去氧气质量：
M M M 3.33 102 kg
三．理想气体状态曲线
M
PV RT M mol
或
PV NkT P nkT
理想气体状态方程告诉理想气体处于某一平衡态时 参量P、V、T 之间的关系。
也告诉描述理想气体宏观性质的参量P、V、T
只有两个是独立的P、 V （或P、 T 或V、T ）。
一组确定的P、 V （或P、 T 或V、T ）数值可以 完全表示理想气体一确定的宏观状态。
以参量V 为横轴， 以P 为纵轴，建立坐标系，
理想气体温标: 定义温度值与在该温度下一定质量的
理想气体的PV成正比，T，使即 pV T 。
1954年国际上规定了标准温度定点 ----水的三相点.
P 609Pa
液相 固相
水的三相点温度：T3 273 .16 K
临界点
K：温度的单位_开尔文
气相 273.16 K
T
T pV
T3 p3V3
pV T 273 .16 K
系统由一平衡态 P1、V1、T1 经任意过程 变化到另一平衡态 P2、V2、T2 。分别有：
8.31103 m3
剩余氧气的质量：
P 5 P 8
M
PV RT
M mol
T 273 27 6.67 102 kg
300K
漏去氧气质量：
M M M 3.33 102 kg
三．理想气体状态曲线
M
PV RT M mol
或
PV NkT P nkT
理想气体状态方程告诉理想气体处于某一平衡态时 参量P、V、T 之间的关系。
也告诉描述理想气体宏观性质的参量P、V、T
只有两个是独立的P、 V （或P、 T 或V、T ）。
一组确定的P、 V （或P、 T 或V、T ）数值可以 完全表示理想气体一确定的宏观状态。
以参量V 为横轴， 以P 为纵轴，建立坐标系，
理想气体温标: 定义温度值与在该温度下一定质量的
理想气体的PV成正比，T，使即 pV T 。
1954年国际上规定了标准温度定点 ----水的三相点.
P 609Pa
液相 固相
水的三相点温度：T3 273 .16 K
临界点
K：温度的单位_开尔文
气相 273.16 K
T
T pV
T3 p3V3
pV T 273 .16 K
系统由一平衡态 P1、V1、T1 经任意过程 变化到另一平衡态 P2、V2、T2 。分别有：
传热学第一章 热量传递的基本方式ppt课件
能吸收投入到其表面上的所有热辐射的物体包括所有方向和所有波长的辐射能它是相同温度下吸收及辐射能力最强的物体其辐射热流量服从斯忒藩玻耳兹曼定3辐射换热的研究方法假设一种理想的物体黑体忽略其它因素只关心热辐射的共性规律然后将真实物体的辐射与黑体辐射进行比较通过实验获得修正系数从而获得真实物体的热辐射规律
(2)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、
原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；
e 不发生宏观的相对位移； f 纯粹的导热只能发生在密实 的
固体中。
*
太原理工大学
15 / 51
导热过程示意图
Thermal
*
太原理工大学
16 / 51
Thermal
（3）导热的微观机理：热量是靠什么传过去的
• 辐射的辐射能取决于温度的4 次方。
*
太原理工大学
29 / 51
（3）辐射换热的研究方法
Thermal
假设一种理想的物体-黑体，忽略其它因素，只关心
热辐射的共性规律，然后将真实物体的辐射与黑体
辐射进行比较，通过实验获得修正系数，从而获得
真实物体的热辐射规律.
（4）热辐射的基本规律－ Stefan-Boltzman law
Thermal
(1)定义：是指流体的各部分之间发生相对位移，冷、 热流体相互掺混所引起的热量传递方式，对流仅发 生在流体中，且必然伴随有导热发生。（热对流）
(2)导热的特点：a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、
原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；
e 不发生宏观的相对位移； f 纯粹的导热只能发生在密实 的
固体中。
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导热过程示意图
Thermal
*
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Thermal
（3）导热的微观机理：热量是靠什么传过去的
• 辐射的辐射能取决于温度的4 次方。
*
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（3）辐射换热的研究方法
Thermal
假设一种理想的物体-黑体，忽略其它因素，只关心
热辐射的共性规律，然后将真实物体的辐射与黑体
辐射进行比较，通过实验获得修正系数，从而获得
真实物体的热辐射规律.
（4）热辐射的基本规律－ Stefan-Boltzman law
Thermal
(1)定义：是指流体的各部分之间发生相对位移，冷、 热流体相互掺混所引起的热量传递方式，对流仅发 生在流体中，且必然伴随有导热发生。（热对流）
大学物理课件热学-热力学第一定律
绝热过程分析
CV ,CP , ?
Q 0 因此 U A
实验测量！ 或用 分子运动论计算。
RT
CV dT PdV V dV
设为常数
PV 常量
d VT CV /R 0
TV 1 常量 T P 1 常量
定义
CP 1 R
得绝热过程方程
CV
CV
因为绝热，绝热线没有吸热、放热的问题。 外界作的功为：
P
(1) 功: A PV
A
B
(2) 温度变化: T P V
R
(3)
内能变化:
U
CV T
CV PR
V
V
(4) 热:
Q
U
A
P CV
R
1V
CV
RT
(5)焓: Q (U PV) H
(6) 定压比热.
CP CV R
系统的 吸放热 分析
6．理想气体平衡过程分析: 等温过程、绝热过程、等容过程、循环过程，……
循环过程dU=0 :
总热!
(1) 功: A Q
Baidu Nhomakorabea
P
面积!
(2)循环的效率:
将循环看作许多小段的和。 有的小段放热，有的吸收热。 所有吸收热小段的和Q1。 所有放热小段的和Q2。 另小段的数目为无穷多。
热机效率：希望A越大越好，希望Q1越小越好： A
大学物理热力学PPT课件
二、外界对系统做功
通过物体作宏观位移来完成的，把有规则的物体宏观机械运动 能量，转化为系统内分子无规则热运动能量的过程。
准静态过程中作功问题的求解 p 2 1
p. o F =PS V 1 dV V 2 S
dl
P
V
= P dV
dA = F dl = PSdl
功的几何意义: 功在数值上等于P ~V 图上过程曲线下的面积。
V
Q T A
等温过程，由热力学第一定律得
Q A PdV T
1
M RT V V
V 2
dV
等温过程吸收的热量
V P 2 M 1 Q RT ln RT ln T V P 1 2
M
( P V P V ) 1 1 2 2
4、绝热过程
在不与外界作热量交换的条件下，系统的状态变化过程。
2、微分形式 3、另一种描述
dQ dE dA
dQ = dE + P dV
第一类永动机是不可能制成的
一种使系统经历状态变化后回到原状态，且在此过程中不需要 外界供给能量而不断向外界作功的机器。
4、讨论
P
a O Va
m n
b
Vb
V
amb和anb过程所作的功不同，吸收的热量也不同。所以功、热量 与所经历的过程有关，而内能改变只决定于初末态与过程无关。
大学物理热学PPT课件
.............................. ...............................
开始
扩散 (非平衡态)
终了 (平衡态)
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。
如果与原来相同，A=A’, B=B’, C=C’, 我们称原来的三个系统处于
互相平衡(互为平衡)的状态
多个热接触系统的总热平衡 。总热平衡。 热平衡态的传递性：第零定律。
问题：两个（或多个）平衡系统热接触后，是否还能保持原来(即接触前)的平衡状态？
C物体 （平衡态C）
A物体 （平衡态A）
（ 平 衡物 态体 ）
实际上，历史上热学的建立和发展与这个问题有过密切关系： 如何将燃料通过燃烧化学反应放出的"热"更有效地转换为机械能? （即热能←→机械能之间的转换效率。热学因此与“能源”问题关系密切。）
平衡态(equilibrium state):
在无外界影响的条件下，系统所有可观察的宏 观性质不随时间改变的状态。
PV R or
T
PV RT
仔细的测量显示，气体越稀薄（n越小），它们的近似程度越好。
大学物理第三章 热力学第一定律
i i 解： E1 RT1 P 1V1 2 2
i i E2 RT2 P2V2 2 2
V1 1 V2 2
1
E1 P 1 V1 E2 P2 V2
2 7
P 1 2 P2
对双原子分子 7/5
E1 2 1.22 E2
例 2: 温度为 25C、压强为 1 atm 的
A Qp E 417J (系统对外界做功)
(3)Q 0,
E与(1)相同,
A E 623 J. (外界对系统做功)
§2.5 理想气体的绝热过程
过程中，不能或来不及与外界
交换热量。
Q0
A E
绝热层
m 对m克气体， A E CV ,m (T2 T1 ) M
i m Q p A E ( 1) R(T2 T1 ) 2 M 等压过程吸收的热 量一部分用于对外 i 1 pV2 V1 做功，一部分用于 2
改变内能。
例 1: 一定质量的理想气体,由状态a经b到达c, （如图,abc为一直线）求此过程中。 （1）气体对外做的功； （2）气体内能的增量； （3）气体吸收的热量； (1atm=1.013×105Pa).
P atm
解： (1)气体对外做的功
1 A ( Pc Pa )(V c V a ) 2
3
大学物理-热力学第一定律PPT课件
●物理上的“无限缓慢”，何义?
弛豫时间——
系统由非平衡态趋于平衡态所需时间。
若变化过程的时间>>驰豫时间
——可看作无限缓慢 “ 理想化”
.
9
例如：气体的准静态压缩
压缩时: P由不均匀到均匀的弛豫时间
l
容器线度
10-3 秒
分子速率
过程时间～1 秒
压缩所用时间为 1 秒 >>弛豫时间（ 10 -3 S）。 ——过程中保持系统与外界的压强差为无穷小
可用状态图（如 p V 图）
Q1 工质 A
上的闭合曲线表示。 定义热循环效率
0
|Q2|
V
热循环（正循环）
A Q1|Q2| 1|Q2|
Q1
Q1
Q1
~ 十 % ， 几~ 2 3 0% 0
蒸汽机
内燃机
.
26
§10.6 卡诺循环
卡诺（Carnot ，法国人，1796 1832）
卡诺循环：工质只和两个恒温热库交换
(2) 能量转换关系：
绝热自由：Q=0, A=0 ；由热一律：E2=E1
理想气体：T末＝T初＝. T
23
三.理想气体的多方过程
某个准静态过程中，若相应摩尔热容 C为常量
有过程方程 PVn =常量
多方指数
n Cm Cp,m Cm CV ,m
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统计方法
数学基础---概率论
.
讨论 1.理气状态方程
PV M RT PV RT NkT
P nkT
2.不漏气系统 各状态的关系
PV C T
.
3. P-V 图
P
P.V.T P.V.T
V
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
通常还画 P - T、P - V T - V 、T – E 图
热学
B
.
目录 概述 第1章 理想气体状态方程 第2章 分子动理论 第3章 热力学第一定律 第4章 热力学第二定律
.
概述
热学研究对象及内容
1. 对象：热力学系统 ·由大量分子或原子组成 ·系统外的物体称外界
2. 内容：与热现象有关的性质和规律 热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。
.
热学的研究方法
•大量粒子的行为--- 统计规律 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
fi
dIi dt
再看 fi
集体 P
i
A
.
一个粒子的多次行为
统计方法：
结果相同
多个粒子的一次行为
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 •统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示）
1) 标况 T27K3 P 1atm
n P kT
1.013105Pa
1.013105 1.381023273
2.6 91205/m 3 十亿亿亿
.
2) 高真空 P1013mmHg T27K3
n P kT
7160011.3318.0110 2331205 73
3.5 4190/m 3 十亿
大量、无规则
-----宏观上的寂静状态
微观上系统并不是静止的-----动态平衡
用一组宏观量描述某时的状态 P T
P1 T1
P2 T2
非平衡态.
3.过程 准静态过程
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 .
地位： 相当于力学中的牛顿定律
.
三、 本课程中研究对象的理想特征
1.对象 理想气体
宏观定义：
严格遵守玻意耳定律
实际气体理想化： P 不太高 T 不太低
若高压 低温？
1) 在理想气体理论基础上加以修正 2) 经验 .
理想气体----是一种假想的、在任何情况下都能严 格遵循气体定律PV/T=R的气体。
则 A与B热平衡 意义：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
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
二、理想气体状态方程
PV M RT μ
M -- 质量
-- mol 质量
V -- 理气活动空间 R--普适气体恒量
R8.31J/K.mol
.
常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m
驰豫 时间
< 103 s
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
第 1 章 理想气体状态方程 一、几个基本概念 1.温度—物体的冷热程度 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
小球数按空间 位置 x 分布曲线
x Δx
.
.
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 有时负 例如：伽耳顿板实验中
.
第二 热力学基础
从实验归纳总结
定律
热力学第一定律 ---能量转化 热力学第二定律 ---过程方向性 基础定律
.
第1百度文库结束
第2章 分子动理论 §1 理想气体的压强和温度 §2 能量均分定理 §3 麦克斯韦速率分布律 §4气体分子的平均自由程
.
§1 理想气体的压强和温度 一、关于每个分子的力学性质的假设
1. 质点 PnkT P0
在 T 一定的情况下 n 值小 意味着分子间距大 2 .完全弹性碰撞 3. 除碰撞外 分子间无相互作用
.
飞镖
分布曲线
.
伽耳顿板演示
小球落入其中一 格是一个偶然事件
大量小球在空间的 分布服从统计规律
.......................................................................................................................................
从微观上考虑，理想气体有两点不同于实际气体：
(1)气体分子本身的体积可以忽略； (2)在任何情况下，理想气体的分子之间不具有相互作用。
理想气体是一个科学的抽象概念，客观上并不存在理想 气体，它只能看作是实际气体在压力很低时的一种极限 情况。
.
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
MNm
NAm
PV
M
μ
RT
PV N R T NA
PVNkT
NA6.0213203/mol PnkT
常用形式
.
理想气体状态方程
PnkT
PV
M
μ
RT
R8.31J/K.mol
NA6.0213203/mol
k1.3 81 023J/K
n N V
k R NA
分子数密度 玻耳兹曼常数
.
热力学系统由大量粒子组成
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---表征系统整体性质的物理量 可以实际的物理量 如 P T E 等 微观量—描写单个微观粒子运动状态的物理量
无法直接测量的量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、 能量等等
.
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法
1. 宏观描述方法---热力学方法 ·由实验确定的基本规律，研究热现象的宏观特性和规律。 ·对系统进行整体描述。
2. 微观描述方法---统计物理方法 ·从物质的微观结构出发，用统计平均的方法，研究热 现象及规律的微观本质。
.
第一 气体分子系统的统计分布
• 统计物理的基本思想----- 宏观上的一些物理量是组