高二物理竞赛气体动理论和热力学和热力学第一定律课件

2000年. 三、准静态过程的功与热量
如果系统经历一微小变化过程，则
做功可以改变系统的状态
(4)热的本质,前5世纪提出“五行学说”,其中关于热(火)的描 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。
宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如
等.
平系衡统破 对(坏外2作→)功“，新W的温>平0，衡度外界”对系至统做关功，重W<要0． ,我国古代人民已会根据“火候”判断温
一热、量内 是度能系统.功与“和外热界炉量热能火转换纯的量青度。”指铜水变青,可以浇铸了(相当于炉温1200度).
作热功现改 象(变是3系热)统运战热动力的国学宏状观时态表的现期微观,实已质：掌握了“淬火”“退火”等技术.比欧美早
系统内述能改类变的似两种于方式23个世纪后西方提出的说法.
2. 现代意义上的热学开始于18世纪以后
建立起了分子物理学和热力学
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二、热学的研究对象 (与温度有关的物理规律) 冷热 --- 温度
宏观：热现象
凡是与温度有关的物理 现象都是热现象,组成 宏观物体的大量微观粒 子热运动的集体表现。
微观：热运动
非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态为非平衡态的过程。
dV>传0热,dW的>微宏0观系本统观质对是外界量作正：功 表示大量分子集体特征的物理量（可直
接测量）, 如 p,V,T 等 . dV<0,dW<0系统对外界作负功
宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。
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三、准静态过程的功与热量
1.体积功 当活塞移动微小位移dl时， 系统对外界所作的元功为：
dW = Fdl = pSdl = pdV
W V2 pdV V1
dV>0,dW>0系统对外界作正功 dV<0,dW<0系统对外界作负功 dV=0,dW=0系统不作功
• 功是过程量。 如图示两过程的体积功
组成宏观物体的大量微 观粒子(分子、原子)的 一种永不停息的无规则 的运动。是比机械运动 更复杂,更高级的运动。
热运动是热现象的微观实质 热现象是热运动的宏观表现
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研究对象特征
单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律.
组成宏观物体的大量微观粒子(分子、原子)的一种永不停息的无规则的运动。
作功改变系统热力学状态的微观实质：
dV<0,dW<0系统对外界作负功
非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态为非平衡态的过程。
2. 准静态过程可用过程曲线来表示 热量传递可以改变系统的内能
摩擦生火最终“将人同动物界分开”.
p
等容线
p－V图上，一点代表一个
平衡态，一条连续曲线代 表一个准静态过程。
等温线
等压线
0
p－V图 V
系统内能增加，E>0,内能减少E<0。
如果系统经历一微小变化过程，则
dQ ＝ dE + dW
对准静态过程，可以分别表示为：
dQ ＝ dE + pdV
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第4章 热力学基础
Q E V2 pdV V1
热力学第一定律又可表述为： 制造第一类永动机是不可能的．
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单位是J·K-1
C dQ dT
热容量与比热的关系为 C=Mc 比
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第4章 热力学基础
摩尔热容量(Cm) ：一摩尔物质的热容量叫摩尔热容 量，单位为J·mol-1·K-1．
M C M mol Cm
dQ
M M mol
C m dT
Q Cm (T2 T1)
利用热力学第一定律
传热的微观本质是
分子无规则 运动的能量
型假设和统计方法 .
特点
1）揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .
两种方法的关系
热力学
相辅相成
气体动理论
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第4章 热力学基础
以观察和实验为依据，从能量的观 点来说明热、功等基本概念，以及他们 之间相互转换的关系和条件。
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第4章 热力学基础
§4.1 热力学第一定律
一、内能 功和热量
接近平衡态
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第4章 热力学基础
如何判断“无限缓慢”？
弛豫时间 : 系统从一个平衡态变到相邻平衡态所经
过的时间
平衡破坏 新的平衡 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如
等.
摩擦升温（机械功）、电加热（电功）
→
t >> ：过程就可视为准静态过程 所以无限缓慢只是个相对的概念。
过程 做功可以改变系统的状态
碰撞
从高温向低温 物体的传递
热量也是能量变化的量度
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四、热力学第一定律
第4章 热力学基础
对于任一过程 ，系统与外界可能同时有功和热
量的交换,且系统能量改变仅为内能时，根据能量守
恒有。
ΔE ＝ Q + (-W)
或
Q ＝ ΔE + W
规定：
系统吸热，Q>0，放热，Q<0；
系统对外作功，W>0，外界对系统做功，W<0．
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二、准静态过程
第4章 热力学基础
当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一 个状态的变化过程，称为热力学过程，简称过程。
热力学过程
准静态过程 非静态过程
准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过 程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。
1. 准静态过程是理想化过程
←快 非平衡态
←无限缓慢
摩擦升温（机械功）、电加热（电功）
Δ三E、＝准Q静+态(过-W程) 的功所与热以量 无限缓慢只是个相对的概念。
或
Q ＝ ΔE + W
准静态过程是理想化过程
1）揭非示宏观静现象态的本过质；程：系统从一平衡态到另一平衡态，过
研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模
程中所有中间态为非平衡态的过程。 对准静态过程，可以分别表示为：
第二篇 气体动理论和热力学
一、热学的发展史
1.我国古代成就
如图示(两1过)程火的体的积功发明和利用是人类认识热学的 最早知识萌芽,约在170
2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .
三、准万静态年过程前的功元与热谋量 人开始用火.摩擦生火最终“将人同动物界分开”.
dV>0,dW>0系统对外界作正功
实际气体内能：所有分子热运动的动能和分子 势能的总和。
内能是状态量: 理想气体内能:
E = E(T,V )
E i RT
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是状态参量T的单值函数。 系统内能改变的两种方式
1.做功可以改变系统的状态
摩擦升温（机械功）、电加热（电功）
功是过程量
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第4章 热力学基础
2. 热量传递可以改变系统的内能 热量是过程量 使系统的状态改变，传热和作功是等效的。 作功是系统热能与外界其它形式能量转换的量度。 热量是系统与外界热能转换的量度。
等.
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微观量 统计平均
宏观量
三、研究的两种方法 1. 热力学 —— 宏观描述
实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，
从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转
换的关系和条件 .
特点
1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然；
3）应用宏观参量 . 4
2. 气体动理论 —— 微观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模
第4章 热力学基础
p
S
dl
p1 a

I
p2
b
0 V1 dV V2 V
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第4章 热力学基础
• 作功改变系统热力学状态的微观实质：
分子规则 碰撞 运动的能量
分子无规则 运动的能量
• 功是系统与外界交换的能量的量度
2.准静态过程中热量的计算
热容量(C) ：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ 与温度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量．
整体（大量分子）— 服从统计规律 . 准静态过程中热量的计算
如果系统经历一微小变化过程，则
建立起了分子物理学和热力学
dQ 或
＝
dE
+微dW 观Q ＝量ΔE +：W 描述个别分子运动状态的物理量（不可
m,v 直接测量），如分子的 1 热力学第一定律
整体（大量分子）— 服从统计规律 .
等.
三、准静态过程的功与热量