大学物理热力学论文[1]
热力学第一、第二定律论文
热力学第一定律和第二定律是科学界公认的宇宙普遍规律。
热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。
热力学第一定律指出,热能可以从一个物体传递给另一个物体,也可以与机械能或其他能量相互转换,在传递和转换过程中,能量的总值不变。
二十世纪初爱因斯坦发现能量和质量可以互变后,此定律改为能质守恒定律。
通过作功和传热,系统与外界交换能量,使内能有所变化。
根据普遍的能量守恒定律,系统由初态I经过任意过程到达终态II后,内能的增量ΔU应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差,即UⅡ-UⅠ=ΔU=Q-A或Q=ΔU+A这就是热力学第一定律的表达式。
如果除作功、传热外,还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z,则应为ΔU=Q-A+Z。
当然,上述ΔU、A、Q、Z均可正可负。
对于无限小过程,热力学第一定律的微分表达式为dQ=dU+dA因U是状态函数,dU是全微分;Q、A是过程量,dQ和dA只表示微小量并非全微分,用符号d以示区别。
又因ΔU或dU只涉及初、终态,只要求系统初、终态是平衡态,与中间状态是否平衡态无关。
热力学第一定律的另一种表述是:第一类永动机是不可能造成的。
这是许多人幻想制造的能不断地作功而无需任何燃料和动力的机器,是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。
显然,第一类永动机违背能量守恒定律。
热力学第二定律是描述热量的传递方向的:分子有规则运动的机械能可以完全转化为分子无规则运动的热能;热能却不能完全转化为机械能。
热力学第二定律体现了客观世界时间的单方向性, 这也正是热学的特殊性所在。
1824年法国工程师萨迪卡诺提出了卡诺定理,德国人克劳修斯和法国人开尔文在热力学第一定律建立以后重新审查了卡诺定理,意识到卡诺定理必须依据一个新的定理,即热力学第二定律。
他们分别于1850年和1851年提出了克劳修斯表述和开尔文表述。
开尔文的表述是,不可能从单一热源吸取热量,并将这热量变为功,而不产生其他影响,表达的是能量和功之间转换的单向性;克劳修斯的表述是,热量可以自发地从较热的物体传递到较冷的物体,但不可能自发地从较冷的物体传递到较热的物,表达的是内能之间传递的单向性;这两种表述其效果都是一样的,也就是能量传递和转换的单向性(用熵来表述,就是孤立系统,也就是与外界完全隔离的系统,其熵值是要增大的)。
热学论文
简述热学班级姓名学号:关键词:热力学、传化导的方向、第二类永动机、热力学第二定律、研究对象。
概述:热学是物理学的一个重要部分,是研究热现象的理论。
热学是研究物质处于热状态时的有关性质和规律的物理学分支,它起源于人类对冷热现象的探索。
人类生存在季节交替、气候变幻的自然界中,冷热现象是他们最早观察和认识的自然现象之一。
热学主要研究热现象及其规律,它有两种不同描述方法——热力学和统计物理。
热力学是其宏观理论,是实验规律。
统计物理学是其微观描述方法,它通过物理简化模型,运用统计方法找出微观量与宏观量之间的关系。
热力学热力学主要是从能量转化的观点来研究物质的热性质,它揭示了能量从一种形式转换为另一种形式时遵从的宏观规律。
热力学是总结物质的宏观现象而得到的热学理论,不涉及物质的微观结构和微观粒子相互作用。
因此它是一种唯象的宏观理论,具有高度的可靠性和普遍性。
热力学三定律是热力学的基本理论。
热力学第一定律反映了能量守恒和转换时应该遵从的关系,它引进了系统的态函数——内能。
热力学第一定律也可以表述为:第一类永动机是不可能造成的。
热学中一个重要的基本现象是趋向平衡态,这是一个不可逆过程。
例如使温度不同的两个物体接触,最后到达平衡态,两物体便有相同的温度。
但其逆过程,即具有相同温度的两个物体,不会自行回到温度不同的状态。
这说明,不可逆过程的初态和终态间,存在着某种物理性质上的差异,终态比初态具有某种优势。
1854年克劳修斯引进一个函数来描述这两个状态的差别,1865年他给此函数定名为熵。
1850年,克劳修斯在总结了这类现象后指出:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化,这就是热力学第二定律的克氏表述。
几乎同时,开尔文以不同的方式表述了热力学第二定律的内容。
用熵的概念来表述热力学第二定律就是:在封闭系统中,热现象宏观过程总是向着熵增加的方向进行,当熵到达最大值时,系统到达平衡态。
第二定律的数学表述是对过程方向性的简明表述。
热力学论文
热力学第二定律的几点认识摘要:热力学第二定律是热力学中最核心和最本质的原理之一,其应用的领域差不多远远超出了热力学而扩展到了人类的其他认知领域。
其原因在于热力学第二定律深刻地揭示了世界的本质,使得人类对外部世界有了更深入地理解、文章从热力学最基本的概念入手,联系到生活实际,结合自己的学习生活经历探讨对热力学第二定律的认识。
联系到热力学的发展历程,介绍热力学第二定律的形成并试图揭示其本质。
关键词:热力学体系;准静态过程; 可逆反应;熵SomeUnderstandingsOfThe SecondLaw Of ThermodynamicsAbstract:Thermodynamics second law of thermodynamics isthe most c entral and mostessential principle。
Its applications far beyond the field ofthermodynamicsand extended toother human cognitive areas、The reason is that thesecond law of thermodynamicsreveals the profound essenceof the world, making human beings have a betterunderstandingontheoutside world、Articles fromthebasicthermodynamic concept, linked toreal life, bined withtheir ownlife experiences oflearning thesecond lawofthermodynamics understanding、Linked to thethermodynamics of thedevelopment process,describes the formationof the second law of thermodynamics, and try toreveal itsessence。
热力学统计物理论文物理热学论文
2010年4月第4期 高教论坛Higher Education ForumAp r.2010.No14运用概念图考察理科师范生专业知识体系———以热力学与统计物理学为例黄津梨,吴 娴,孟沪生(广西师范学院 物理与电子科学系,广西 南宁530001)摘要:概念图是一种以图表的形式反映概念和概念之间关系的空间网络知识结构图,它能全面地评价学生的知识结构。
通过在理论物理课程《热力学与统计物理学》的教学中采用概念图进行辅助教学,并使用概念图考察学生该门课程部分知识点的知识体系,我们发现:目前学生的专业知识体系还很不完整,归纳、分析能力还很低。
概念图在教学中使用之后,学生对知识的认知及掌握程度都有一定程度的提高,说明概念图在构建及评价学生专业知识体系,培养学生各种能力及素质方面是一种有效方法。
关键词::理论物理;学科专业知识体系;学科专业知识体系的评价;概念图评价中图分类号:G632.0 文献标识码:A 文章编号:1671-9719(2010)04-0029-05作者简介:黄津梨(1968-),女,广西苍悟县人,硕士,副教授,主要从事大学理论物理教育及材料物理的研究。
收稿日期:2010-01-06 修稿日期:2010-02-09 一、问题提出 如何提高师范院校的教学质量,是当今研究的一个热点问题。
师范院校在进入专业课的教学时经常会有这样的一个特点:专业课内容多,学时少,学生的学习任务重、难度大。
在学生方面,由于学生走出校门之后从事的是中学课程的教学,所学专业课大多没有直接应用于今后的教学中,因而学习积极性不高。
而在教学上,专业教师多采取“填鸭式”的教学方法,很少顾及知识的连贯性,而学生则是被动接受。
这样必然造成了专业课教学质量下降,学生只是为应付考试而学习。
怎样改变这种状况呢?帮助学生建立专业知识体系是一种有效的办法。
在教学中,帮助学生利用所学知识建构自己的专业知识体系,无论在专业理论知识的理解上,还是在实际工作能力的培养上,都有着重要的意义。
探讨大学物理中的热力学应用案例
探讨大学物理中的热力学应用案例热力学是物理学中的一个重要分支,研究物体内能、热能和机械能之间的相互转化关系。
在大学物理学习中,热力学应用案例可以帮助学生更好地理解和应用热力学知识。
本文将探讨一些大学物理中的热力学应用案例。
一、汽车发动机热机效率汽车发动机是一个典型的热力学应用案例。
为了评估汽车发动机的效率,我们可以引入一个热机效率的概念。
热机效率定义为所做的有效功和进热量之间的比值。
此处,“有效功”指发动机从燃烧所得到的机械能,而“进热量”指燃烧产生的能量。
以内燃机为例,燃料的燃烧将产生高温高压气体。
该气体在汽缸中产生压力,驱动活塞做功,从而驱动汽车行驶。
然而,由于内燃机具有排气、散热等能量损失,无法实现热能转化为机械能的完全效率。
通过热力学计算,我们可以分析发动机的热机效率,进而改善汽车的燃油利用率。
通过加强冷却系统、提高燃烧效率等手段,可以提高发动机的热机效率,减少能源浪费。
二、太阳能发电系统太阳能发电是热力学在能源领域的另一个重要应用案例。
光伏发电系统通过太阳能电池板将太阳辐射转化为电能。
而太阳能电池板的工作原理就涉及到热力学中的能量转化过程。
当光线照射到太阳能电池板上时,光子与电子发生相互作用,使得电子受激跃迁到导电层中,形成电流。
这个过程实际上是将太阳能的光能转化为电能的过程。
热力学分析可以帮助我们计算和改进太阳能发电系统的效率。
通过优化太阳能电池板的材料、设计和工作温度等因素,可以提高太阳能发电的效率,并推动可再生能源的广泛应用。
三、充电宝的热管理现代社会离不开移动电子产品,而充电宝作为一种便携式充电装置也越来越常见。
充电宝在充电和放电过程中会产生一定的热量,这需要进行热管理来保障充电宝的安全和效率。
热力学可以帮助我们分析和优化充电宝的热管理。
通过合理设计充电宝的散热结构、材料和工作温度控制系统,可以提高充电宝的能量转化效率,延长电池寿命,并减少故障风险。
四、地热能利用地热能是指地壳深部蕴藏的热能资源。
热力学统计物理论文
热力学统计论文对《热力学及第一定律》的讨论目录摘要 (2)关键字 (2)引言 (2)正文 (3)一、热力学基本概念 (3)1.1状态与状态函数 (3)二、热力学第一定律的产生 (4)2.1历史背景 (4)2.2建立过程 (6)三、热力学第一定律的表述 (7)四,热力学第一定律的应用 (8)4.1焦耳定律 (8)4.2热机 (9)4.3其他 (9)总结 (10)参考文献 (10)热力学第一定律的内容及应用摘要:热力学第一定律亦即能量转换与守恒定律,广泛地应用于各个学科领域。
本文回顾了其建立的背景及经过,它的准确的文字表述和数学表达式,及它在理想气体、热机的应用。
关键字:热力学第一定律;内能定理;焦耳定律;热机;热机效率The first law of thermodynamics content andapplicationsAbstract:The first law of thermodynamics which energy conversion and conservation, widely used in each subject area. This paper reviews the background and after the establishment of the precise words, it expressed and math expression, and it in the application of the ideal gas, heatKey words:Thermodynamics the first laws; Internal energy theorem; The joule laws; The engine; Heat efficiency引言在19世纪早期,不少人沉迷于一种神秘机械——第一类永动机的制造,因为这种设想中的机械只需要一个初始的力量就可使其运转起来,之后不再需要任何动力和燃料,却能自动不断地做功。
大学物d理热力学论文1
《大学物理》课程论文热力学基础摘要:际过程的不可逆性。
因此,在热力学中,熵是一个十分重要的概念。
关键词:(1)热力学第一定律(2)卡诺循环(3)热力学第二定律(4)熵正文:在一般情况下,当系统状态变化时,作功与传递热量往往是同时存在的。
如果有一个系统,外界对它传递的热量为Q,系统从内能为E1的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态,同时系统对外做功为A,那么,不论过程如何,总有:Q= E2—E1+A上式就是热力学第一定律。
意义是:外界对系统传递的热量,一部分是系统的内能增加,另一部分是用于系统对外做功。
不难看出,热力学第一定律气其实是包括热量在内的能量守恒定律。
它还指出,作功必须有能量转换而来,很显然第一类永动机违反了热力学第一定律,所以它根本不可能造成的。
物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态,这样的周而复始的变化过程称为循环过程,或简称循环。
经历一个循环,回到初始状态时,内能没有改变,这是循环过程的重要特征。
卡诺循环就是在两个温度恒定的热源(一个高温热源,一个低温热源)之间工作的循环过程。
在完成一个循环后,气体的内能回到原值不变。
卡诺循环还有以下特征:①要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源:②卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关,高温热源的温度越高,低温热源的温度越低,卡诺循环效率越大,也就是说当两热源的温度差越大,从高温热源所吸取的热量Q1的利用价值越大。
③卡诺循环的效率总是小于1的(除非T2 =0K)。
那么热机的效率能不能达到100%呢?如果不可能到达100%,最大可能效率又是多少呢?有关这些问题的研究就促进了热力学第二定律的建立。
第一类永动机失败后,人们就设想有没有这种热机:它只从一个热源吸取热量,并使之全部转变为功,它不需要冷源,也没有释放热量。
这种热机叫做第二类永动机。
经过无数的尝试证明,第二类永动机同样式一种幻想,也是不可能实现的。
就上面介绍的卡诺循环,它也是个理想循环,工作物质从高温热源吸取热量后,经过卡诺循环,总是向低温热源放出一部分的热量,才能回复到初始状态,所以说卡诺循环的效率不可能达到1。
大学热学论文范文大学物理热力学论文如何写
大学热学论文范文大学物理热力学论文如何写我猜你说的是平时的小论文吧光学的话,你可以找一个教材上没有算过的光栅来算算干涉衍射后的光强分布;或者研究一下阿贝二次成像原理。
热学的话,可以从4个麦克斯韦关系式出发,推导一些公式,比如新概念物理上内能与物态的关系式,等。
我不大擅长这方面,倒是上学期期末写了电学的小论文还得到了点加分如果不是小论文,而是比较正式的话,这段文字应该被无视建议你去—库或者你们学校的图书馆DOWN我给你找了很多,怎么给你呢?你把邮箱发过来啊?发了一篇《克劳修斯在热学发展中的地位和作用》给你。
修改一下应该可以吧...热学发展史对中学热学教学的启示学是中学物理教学中必不可少的一个重要内容,而由于比较抽象,因此成为中学物理教学中的一个难点.热现象普遍存在.同学们很早就有了相关的经验,这是进行热学教学的一个很好基石.但也正因为这个基石的作用,一些不正确的观点很难进行纠正.根据教学经验和相关研究人员的调查结论知道,不管是小学生还是中学生,不管是否学过物理,都有相当多的人对热的理解不科学,其中非常典型的想法就是把热看成是一种可以流动的物质•根据当前国际科学教育上富有广泛影响的学习理论即“概念转变”理论认为:科学学习的过程就是概念转变过程,提出了为概念转变而教.那么作为中学物理热学部分的教学,其主要目标是让同学们通过热学的学习.实现其概念发生转变,建立起科学的分子运动论观点.为了实现概念发生转变,很多的教师和研究者进行了多种尝试,如通过“做中学” “实验探究”等方法来帮助学生建立科学的热观点,都取得了一定的成效.而木文中笔者试从利用热学发展史开展有效教学帮助学生转变概念进行浅析.从认知发展心理学的观点看,同学们个体在对某一事物认识的时候,认识水平是在主体与客体间不断地相互作用过程中变化和提高的.个体的认识发展过程是人类认识发展过程的一个缩影.因此个体的认知发展水平和历史上人类对其认识水平是相对应的•也就是说从人类对热的认识发展就可预知学生对热的理解情况.那么要进行有效的热学教学,我们有必要向学生介绍有关热学发展史.在历史上,人类对“热”是什么的思考一直没停止过.对热的认识不断变化和发展•大致可以归纳为以下三个阶段:一、热质说的形成受古希腊原子论思想的影响,热是某种特殊的物质实体的观点也得到流传.法国科学家和哲学家伽桑狄认为,热和冷也是由特殊的.'热原子”和''冷原子”引起的,波尔哈夫认为热的本源是钻在物体细孔中的、具有高度可塑性和贯穿性的物质粒子,它们没有重量,彼此排斥.这个观念,把人们引向“热质说”.热”可以从高温物体传向低温物体,就好似水从高流向低处.认为热是一种特殊的物质.它暗藏在物质粒子之间,受到物质粒子的吸引,热质粒子之间互相排斥.在18世纪..热质说”几乎统领热学各个领域,当时“热质说”能简单地、较满意地解释当时发现的大部分热现象,并取得了一定的成功■例如.物体温度的变化是吸收或放出“热质”引起的;热传导是“热质”的流动,等等.在“热质说”的影响下,热学(主要量热学)的研究取得了一些进展.但到了后来,“热质说”无法解释热缩冷胀、摩擦生热等现象,受到了严重的挑战.二、定性的热动说的形成1658年,伽桑狄提出物质是由分子构成的假设,假想分子是硬粒子,能向各个方向运动,使它们以不同形式进行结合并表现出不同的特征.他用这个假说进一步解释了固、液、气三种状态.即在固体内部,硬粒子结合得很紧密,粒子之间强大的力使它们保持着固定的形状、粒子排列规则;在液体内部,相距较近的粒子之间的力使它们不易分散开来;在气体中,相距很远的粒子之间不存在相互作用力,各个粒子自西运动.19 世纪初,随着化学原子论的确立,分子概念同样也被提了岀来,分子无规则运动的现象也由实验所呈现出来.在1803年时,道尔顿(英国化学家)通过对大气的成分、性质以及气体的扩散和混合现象的研究,提出了他的新原子学说的基木要点.即:一切化学元素都是由不可分割的原子组成的;各种元素的原子以其不同的形状、性质而区别,并具有特定的质量;不同元素的原子以简单整数的比例柑结合而形成各种化合物的原子.当时由于“分子”概念尚未建立,道尔顿把不同原子组成的分子称为“复朵原子” .1811年,阿伏加德罗(意大利物理学家)在道尔顿的原子论的思想基础上,开始引入“分子”的概念,并把它与原子概念相区别.1827年,由于布朗(英国植物学家)长期的观察研究,发现布朗运动,他在分子运动论方面做出了新发现,为分子运动提供了有力的证据.1905年爱因斯坦从统计力学观点最终建立了布朗运动的理论,给分子运动的研究提供了理论依据.接着法国的佩兰根据爱因斯坦及他人的理论研究成果,做了多年的关于布朗运动的实验,并由此相当精确地测定了阿伏加德罗常数和分子的各个有关的数据. 因此,布朗运动是微观分子运动的宏观表现.也是分子存在热运动和分子间存在空隙的有力证据.三、定盆的热动说的形成焦耳等人通过大量的实验,认为热和机械运动等同其他运动形式一样,也是运动的一种形式,而不是一种特殊的物质(热质).之后,人们进一步对热运动作了定量的比较系统的研究.使分子运动论得以建立起来.在分子运动论方面做出大量工作的有许多科学家,其中克劳修斯、麦克斯韦、玻尔兹曼的工作尤为重要,他们是分子运动论的主要奠基者.经过许多物理学家几代人的共同努力,分子运动理论终于建立起来了.它不仅揭示了宏观“热”过程与分子的微观运动状态之间的联系,而且表明了热是大量分子的无规则运动的表现,一个宏观系统的热力学状态是由组成该系统的大量分子的统计规律决的.这也说明热运动和机械运动是完全不同的运动形式.单个分子的运动遵从牛顿力学规律,大量分子的运动遵从的是统计规律性.四、热学发展史对中学热学教学的启示中学物理教学,不要求定量地掌握有关分子运动论,所以目前的中学物理教科书中只涉及到分子运动论的一些基木概念,内容表述为:(1)宏观物体是由大量微粒一分子或原子组成的;(2)物体内的分子在不停地运动着,这种运动是无规则的,其剧烈程度与物体的温度有关;(3)分子之间有相互作用力.由此可以看出,对于中学生只要建立起定性的分子运动论的观点就可以了,这是中学热学的教学目标.真正有效的教学过程实际上就是想办法缩短学生科学认识所用的时间,不必再像历史上人类那样通过那么长的时间去摸索探究,所以在热学教学中,不能忽视学生原有经验,设置合适的问题情景,让学生面临当初科学家们所面临的问题,通过探究来不断发展或改变原有不科学的概念.了解在人类认识历史上是如何从热质说发展到热动说,难点何在,怎么突破等问题,对中学物理教学具有参考意义.1 丁帮平.国际科学教育导论.太原:山西教育出版社,XX2吴瑞贤,章立源.热学研究.成都:四川大学出版社,1987(1)玻意耳定律当n, T—定时V, P成反比,即PV二Cl(常数)(2)盖-吕萨克定律当v, n—定时P, T成正比,即P/T 二C2(常数)(3)阿伏伽德罗定律当T, p—定时V, n成正比,即V/n=C3 (常数)由⑴⑵⑶得PV二n C2C3 T二Cl令C2C3二R即得到pV二nRT,即理想气体状态方程,理想气体状态方程加热力学三大定律,应该算是热力学中最重要的几个公式了。
热力学论文
热力学论文
热力学论文是关于热力学原理、热力学性质和热力学方程的研究成果的学术论文。
热力学是物理学的一个分支,研究能量转化和传递的规律,以及物质的相变和平衡状态。
热力学论文可以涉及多个方面的研究,包括但不限于以下几个方面:
1. 热力学定律和基本原理:论文可以回顾和总结热力学的基本定律,如热力学第一定律和第二定律,以及它们的推导和应用。
2. 热力学性质的研究:论文可以探讨物质的热力学性质,如物质的热容、热导率、熵值等,以及与物质性质相关的热力学定律。
3. 热力学方程的推导和应用:论文可以研究和推导各种热力学方程,如热力学基本方程、热力学状态方程等,以及它们在实际问题中的应用。
4. 热力学系统的稳定性分析:论文可以研究热力学系统的稳定性问题,如相变的条件和相平衡的稳定性等。
5. 热力学与其他学科的交叉研究:论文可以将热力学与其他学科进行交叉研究,如热力学与化学反应动力学、热力学与统计物理学等的关系。
根据不同的研究内容和方法,热力学论文可以采用实验研究、
理论推导、数值模拟等不同的研究方法。
论文要求严谨性和科学性,对相关的研究现状和前沿进行综述,提出新思路和方法,并进行实证分析和结果验证。
总之,热力学论文是对热力学原理和应用进行研究和探索的学术论文,能够推动热力学领域的发展和应用。
热力学第一定律论文
热力学第一定律论文摘要:热力学第一定律,也被称为能量守恒定律,是热力学中最基础的定律之一。
本文将深入探讨热力学第一定律的概念、原理以及与能量转化相关的应用。
首先,对热力学第一定律的提出进行回顾和介绍;其次,详细讨论能量、内能和热量的概念及其相互转化关系;最后,通过实际案例分析,探讨热力学第一定律在热机、制冷以及生物能量转化等领域的应用。
1. 引言热力学是研究能量的转化和能量转化限制规律的学科,而热力学第一定律则是描述能量守恒的基本原理。
热力学第一定律所表达的能量转化原理,不仅适用于机械系统,也适用于化学反应、生物代谢以及地球等各个领域。
理解和应用热力学第一定律的概念和原理,对于人类社会的可持续发展具有重要意义。
2. 热力学第一定律的提出与原理回顾热力学第一定律最早由德国物理学家朱尔斯·迈耶斯于1842年提出。
其原理可以用以下数学表达式表示:ΔU = Q - W其中,ΔU是系统内能的变化量,Q是系统所吸收或放出的热量,W是系统所作的功。
3. 能量与内能的概念及相互转化关系能量是热力学中最基本的物理量之一,它可以存在于各种形式,如热能、机械能、电能等。
内能则是指物体所拥有的微观粒子的动能和势能之和。
能量可以通过热交换和功交换的方式进行转化。
热力学第一定律要求系统所吸收的热量与所作的功之和等于系统内能的变化量。
4. 热力学第一定律在热机中的应用热机是能够将热能转化为其他形式能量的设备,如蒸汽机、内燃机等。
根据热力学第一定律,热机的工作必须符合能量守恒原则,即所吸收的热量减去所放出的热量等于所作的功。
通过对热机的分析,可以优化其能效,提高其工作效率。
5. 热力学第一定律在制冷中的应用制冷技术的发展与人们的日常生活和工业生产密切相关。
制冷设备,如冰箱、空调等,通过负热交换的方式将热能从低温区域转移到高温区域。
热力学第一定律在制冷领域的应用主要涉及系统所吸收和放出的热量以及所作的功的计算和优化。
6. 热力学第一定律在生物能量转化中的应用生物体对于能量的获取、转化和运用过程都受到热力学第一定律的限制。
大学物理中的热力学系统热平衡和热传导的研究
大学物理中的热力学系统热平衡和热传导的研究热力学是物理学中关于热和能量转化的分支学科,它研究的一个重要概念是热平衡。
热平衡是指在一个孤立的热力学系统中,各个部分之间达到了温度的均衡分布,不再发生热量的传递。
在这篇文章中,我们将探索大学物理中的热力学系统热平衡和热传导的研究。
一、热力学系统的定义热力学系统是指由一定数量的物质组成,并与外界发生能量和物质交换的一个物理系统。
热力学系统可以分为开放系统、封闭系统和孤立系统三种类型。
开放系统可以与外界进行物质和能量交换,封闭系统可以与外界进行能量交换但不能进行物质交换,孤立系统则既不能进行物质交换也不能进行能量交换。
热平衡是指一个热力学系统内部各部分之间的温度达到均衡,不再发生热量的传递。
如果一个系统的各部分之间的温度是不均衡的,就会发生热传导,使得温度趋向于均衡。
二、热传导的基本原理热传导是热量从高温区域传递到低温区域的过程。
在大学物理中,热传导研究的一种常见模型是热传导方程。
热传导方程描述了热量传递的速率与温度梯度之间的关系。
热传导方程的一般形式为q = -k∇T,其中q表示单位时间内通过单位面积的热量传递,k表示热导率,∇T表示温度梯度。
这个方程说明了温度梯度越大,热量传递的速率就越快。
热传导的速率还受到材料本身的热导率和厚度的影响。
一般来说,热导率越大,材料的热传导速率就越快;厚度越大,热传导速率就越慢。
这是因为热传导过程中,热量需要通过材料内部的分子、原子之间的相互碰撞传递,如果材料越密集,传递的路径就越长,热量的传递速率就会减慢。
三、热平衡和热传导的实际应用热平衡和热传导的概念在实际生活和工程领域中有广泛应用。
下面我们将介绍几个例子。
1. 热平衡在空调系统中的应用:空调系统中的制冷循环过程是基于热平衡原理的。
它利用制冷剂在压缩和膨胀的过程中吸收和释放热量,从而调节室内的温度,使之达到热平衡状态。
2. 热传导在热瓦斯计的应用:热瓦斯计是一种常见的气体流量计量设备,它的原理是利用热传导的性质来测量气体的流量。
物理化学论文,热力学
物理化学论文系别:专业:姓名:学号:班级:热力学定律论文论文摘要:本论文就物理化学的热力学三大定律的具体内容展开思考、总结论述。
同时,也就物理化学的热力学三大定律的生活、科技等方面的应用进行深入探讨。
正文:一、热力学第一定律:热力学第一定律就是宏观体系的能量守恒与转化定律。
“IUPAC”推荐使用‘热力学能’,从深层次告诫人们不要再去没完没了的去探求内能是系统内部的什么东西”,中国物理大师严济慈早在1966年就已指出这点。
第一定律是1842年前后根据焦耳等人进行的“功”和“热”的转换实验发现的。
它表明物质的运动在量的方面保持不变,在质的方面可以相互转化。
但是,没有多久,人们就发现能量守恒定律与1824年卡诺定理之间存在“矛盾”。
能量守恒定律说明了功可以全部转变为热:但卡诺定理却说热不能全部转变为功。
1845年后的几年里,物理学证明能量守恒定律和卡诺定理都是正确的。
那么问题出在哪呢?由此导致一门新的科学--热力学的出现。
自然界的一切物质都具有能量,能量有各种不同形式,能够从一种形式转化为另一种形式,在转化中,能量的总量不变。
其数学描述为:Q=△E+W,其中的Q和W分别表示在状态变化过程中系统与外界交换的热量以及系统对外界所做的功,△E表示能量的增量。
一般来说,自然界实际发生的热力学过程,往往同时存在两种相互作用,即系统与外界之间既通过做功交换能量,又通过传热交换能量。
热力学第一定律表明:当热力学系统由某一状态经过任意过程到达另一状态时,系统内能的增量等于在这个过程中外界对系统所作的功和系统所吸收的热量的总和。
或者说:系统在任一过程中所吸收的热量等于系统内能的增量和系统对外界所作的功之和。
热力学第一定律表达了内能、热量和功三者之间的数量关系,它适用于自然界中在平衡态之间发生的任何过程。
在应用时,只要求初态和终态是平衡的,至于变化过程中所经历的各个状态,则并不要求是平衡态好或无限接近于平衡态。
因为内能是状态函数,内能的增量只由初态和终态唯一确定,所以不管经历怎样的过程,只要初、终两态固定,那么在这些过程中系统内能的增量、外界对系统所作的功和系统所吸收的热量的之和必定都是相同的。
大学物理中的热力学系统温度热容和热能的变化
大学物理中的热力学系统温度热容和热能的变化热力学是物理学的重要分支之一,研究的是系统与外界之间的能量转化和能量守恒的关系。
而在大学物理中,热力学系统的温度、热容和热能的变化是研究的重点。
本文将从系统温度、热容和热能的基本概念出发,深入探讨它们的定义和计算方法。
一、系统温度在热力学中,温度是衡量物体冷热程度的物理量。
对于热力学系统来说,系统温度是描述系统内部粒子平均动能的指标。
温度的单位为开尔文(K),其中绝对零度为0K,代表了粒子的最低能量状态。
系统温度的变化可以通过传热和吸收热量来实现。
当热量传递给系统时,系统温度升高;而当系统释放热量时,系统温度降低。
温度的变化导致了系统内部粒子的动能的变化,进而影响到系统的热容和热能。
二、系统热容热容是描述系统吸热能力的物理量,记作C。
热容的定义是单位温度变化时吸收或释放的热量。
热容与物体的质量、物质的种类以及温度变化有关。
对于固体物体来说,其热容可以通过以下公式计算:C = mc其中,C为热容,m为物体的质量,c为单位质量物体的比热容。
比热容是物质特性的参量,表示单位质量物质的温度升高1K所需的热量。
对于液体或气体来说,其热容的计算需要考虑到系统的体积,因此通常使用的是摩尔热容。
摩尔热容定义为单位摩尔物质的温度变化所吸收或释放的热量。
三、系统热能的变化系统的热能指系统的内能和做功的总和。
内能是系统内所有粒子的能量之和,包括粒子的动能和势能。
做功是指由系统对外做的功,如体积的变化所做的功。
热能的变化可以通过以下公式计算:ΔE = Q - W其中,ΔE为系统热能的变化,Q为系统吸收的热量,W为系统对外做的功。
当Q大于W时,热能增加,系统吸热;当Q小于W时,热能减少,系统放热。
根据热能的守恒定律,一个系统的热能的变化等于系统与外界交换的热量与做的功之和。
这个定律是能量守恒定律在热力学中的具体应用。
结语通过对大学物理中热力学系统温度、热容和热能的变化的讨论,我们可以更好地理解热力学的基本概念和原理。
热力学有关论文
有许多有效的声明热力学第二定律。两个这样的声明将在本章的后面一些有关的工程设备操作周期中呈现和讨论。
利用热力学第二定律是不限于识别过程的方向。然而,第二定律还声称,能源有质量和数量。第一定律是关于数量的能量和能量从一种形式转换到另一个,而没有考虑到它的质量。保存能量的质量是一个重要的问题,工程师,和第二定律提供了必要的手段来确定质量以及程度的能量衰减在一个过程。
显然,从这些参数,按照一定的direc进程决心,而不是相反的方向(图6-4)。第一定律地方n限制的方向的过程,但令人满意的第一定律并不确保过程实际上可以发生。这不足的第一定律来确定是否发生过程可以是通过引入另一个一般原则补救,热力学第二定律。我们在本章后面展示的反向过程上面所讨论的违反了热力学第二定律。这很容易发现违反的帮助下一个属性,称为熵,定义在第七章。。一个过程不能发生,除非它满足的第一和第二热力学定律(图6-5)
Qout= 数量的热拒绝从蒸汽在冷凝器到低-温度接收器(大气、河流等。)
Wout=交付的工作数量由蒸汽将其涡轮
Win=大量的工作需要压缩水பைடு நூலகம்炉压力
注意,这个方向的热量和功的交互所表示的,下标。因此,所有的四个描述的数量总是积极的。
网络工作输出的电厂之间的区别仅仅是总功输出的植物和总功输入(图6-11)
术语热机经常被用在更广泛的意义上,包括工作生产设备,不要操作在一个热力循环。引擎,包括内部燃烧如燃气涡轮机和汽车引擎属于这一类。这些设备的操作在一个机械循环而不是一个热力循环自工作流体(燃烧气体)不经历一个完整的循环。而不是被冷却到初始温度、排气气体净化,取而代之的是新鲜的空气和燃料混合物在循环的末尾。
大学物理小论文
大学物理小论文大学物理论文——关于热力学第二定律的理解与思考姓名:邵培权班级:14光伏材料学号:1403020039在发现热力学第一定律基础上,说明了一切的热力学过程必须遵守能量守恒和转换定律,但是不是满足了能量守恒定律的过程就一定能够进行。
人们经行了大量的实验,其实验结果表明,实际中自发进行热力学过程都具有方向性,并不是满足能量守恒定律就一定能够自然发生。
于是,在这种情况下,热力学第二定律渐渐的浮出水面,绽放出它耀眼夺目的光彩。
自然界的一切实际热力学过程都是按一定的方向进行的,反方向的逆过程是不可能自动进行的。
在一定条件下不需要外来作用,任其自然就能自动发生的过程,称为自发过程。
例如热由高温物体传给低温物体,锌片放入硫酸铜溶液中后铜就析出,气体向真空膨胀,导体中的电流从高电势端流向低电势端,水从高水位流向低水位等等,都是自发过程。
而那些需要借助外来作用才能发生的过程,称为非自发过程。
例如电解水产生氢气和氧气,需要环境対系统做电功,就是非自发过程。
从表面来看,似乎各种不同的自发过程有着不同的决定因素。
例如热总是自发地由高温物体传向低温物体,直到两物体的温度相等为止,温度是决定过程方向和限度的因素。
导体中的电流总是自发地从高电势端流向低电势端,直到导体中各处的电势都相等为止,电势是决定过程方向和限度的因素。
水总是自发地从高水位流向低水位,直到各处水位都相等为止,水位高低是决定过程方向和限度的因素。
气体总是自发地从高压处流向低压处,直到系统中各处的压力都相等为止,压力是决定过程方向和限度的因素。
在人们大量的实验基础上,人们总结出自然过程的方向性,分别是功热转换的方向性,热传导的方向性,气体绝热自由膨胀的方向性。
实际中,功全部转化成热的过程是可以自发进行的,但唯一效果是热全部转化为功的过程是不可能发生的。
热传导的方向性。
两个温度不同的物体相接触,热量可以自动地从高温物体传向低温物体,直到达到温度相等的热平衡态。
大学物理热力学论文1
由麦克斯韦速率分布律推出平动动能分布律麦克斯韦首先把统计学的方法引入分子动理论,首先从理论上导出了气体分子的速率分布率,现根据麦克斯韦速率分布函数,求出相应的气体分子平动动能分布律,并导出与麦克斯韦分布函数类似的一些性质,求出平动动能的最概然值及平均值。
并比较相似点和不同点。
麦克斯韦把统计方法引入了分子动理论,首先从理论上导出了气体分子的速分分布律。
这是对于大量气体分子才有的统计规律。
现做进一步研究,根据其成果麦克斯韦速率分布函数,导出相应的平动动能分布律,并导出与麦克斯韦分布函数类似的一些性质并求出平动动能的最概然值及平均值,并且由此验证其正确性。
方法:采用类比的方法,用同样的思维,在麦克斯韦速率分布函数的基础上,作进一步研究,导出能反映平均动能在ε附近的单位动能区间内的分子数与总分子数的比的函数)(εf 的表达式。
并由此进一步推出与麦克斯韦分布函数相对应的一些性质,并比较分析一些不同点。
麦克斯韦速率分布律Ndv dN v f =)(这个函数称为气体分子的速率分布函数麦克斯韦进一步指出,在平衡态下,分子速率分布函数可以具体地写为2223224)(v ekT m Ndv dN v f kT mv πππ-⎪⎭⎫ ⎝⎛==式中T 是气体系统的热力学温度,k 是玻耳兹曼常量,m 是单个分子的质量。
式(8-30)称为麦克斯韦速率分布律。
图像如下图1麦克斯韦速率分布函数图1画出了f(v)与v 的关系曲线,这条曲线称为速率分布曲线。
由图可见,曲线从坐标原点出--发,随着速率的增大,分布函数迅速到达一极大值,然后很快减小,随速率延伸到无限大,分布函数逐渐趋于零。
速率在从v1到v2之间的分子数比率,等于曲线下从v1到v2之间的面积,如图中阴影部分所示。
显然,因为所有N 个分子的速率必然处于从0到之间,也就是在速率间隔从0到的范围内的分子数占分子总数的比率为1,即1)(0=⎰+∞dv v f这是分布函数f(v)必须满足的条件,称为归一化条件。
热学结课论文
题目:对热力学第二定律的思考姓名:贺兴龙学号:201105080206摘要:热力学第二定律是从大量实验事实中总结得到的又最初的两种表述到卡诺定理再到克劳修斯熵的引出,波尔兹曼等式,到最后的熵增加原理,由于它是实验定律,没有较精确的理论证明,所以几个世纪来遭到不少反对的声音,但无论怎么说热力学第二定律是关于在有限空间和时间内,一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的经验总结。
它对于人类改进蒸汽机、内燃机和开发利用能源具有重要的指导意义。
当然现在还存在很多现象需要我们去探索与总结,所以物理探索的步伐永远都不会停正文:首先我要说热力学是个实验定律,它是从大量社会实践和生产中得到,早期有两种中表述:Kelvin(开尔文)说法 -不可能从单一热源取热使之全部变为功而不产生其他变化。
又可表述为第二类永动机不可能制成;Clausius(克劳修斯)说法—热不能自动地由低温热源传到高温热源而不发生其他变化。
最后人们总结出一个更为概括和精确的原理,即熵增加原理:一个孤立系统的熵永不减少。
其数学表述为TdS》=dU-dA。
这是针对的是任意系统,假如是孤立系统则有: dQ=0即由热力学第二定律,dU-dA=0得TdS》=0 即dS》=0这就是熵增加原理1824年,法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了著名的“卡诺定理”,找到了提高热机效率的根本途径,但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。
从1840年到1847年间,在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下,热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。
“热动说”的正确观点也普遍为人们所接受。
1848年,开尔文爵士根据卡诺定理,建立了热力学温标。
它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性,从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。
这些为热力学第二定律的建立准备了条件。
1850年,克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作,考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实,得出了热力学第二定律的初次表述。
热学论文
从卡诺定理出发推导熵增加原理高金雪(大庆师范学院物理与电气信息工程学院,2008级物理教育班黑龙江大庆 163712)摘要:熵是根据热力学第二定律引入的一个新的态函数,它在热学理论中占有核心的重要地位,本文根据卡诺定理推出克劳修斯不等式,再根据克劳修斯不等式的可逆部分以及热力学第二定律建立第二定律的不可逆过程的数学表述,最后得出熵增加原理.关键词:熵增加原理;卡诺定理;熵作者简介:高金雪(1989--),女,黑龙江省哈尔滨市人,大庆师范学院物电学院学生.0引言熵指的是体系的混乱的程度,它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用,在不同的学科中也有引申出的更为具体的定义,是各领域十分重要的参量。
熵由鲁道夫·克劳修斯(Rudolf Clausius)提出,并应用在热力学中。
1熵的概念及本质熵在热力学中是表征物质状态的参量之一,通常用符号S表示。
在经典热力学中,可用增量定义为dS=(dQ/T),式中T为物质的热力学温度;dQ为熵增过程中加入物质的热量。
下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。
若过程是不可逆的,则dS>(dQ/T)不可逆。
从微观上说,熵是组成系统的大量微观粒子无序度的量度,系统越无序、越混乱,熵就越大。
热力学过程不可逆性的微观本质和统计意义就是系统从有序趋于无序,从概率较小的状态趋于概率较大的状态。
熵是物理学中的一个传统概念,人们在研究如何提高热机效率的过程中,通过对自然界状态转化的方向问题的不断深入研究,逐步发现和建立了熵的概念。
2熵函数的来历热力学第一定律就是能量守恒与转换定律,但是它并未涉及能量转换的过程能否自发地进行以及可进行到何种程度。
热力学第二定律就是判断自发过程进行的方向和限度的定律,它有不同的表述方法:热量不可能自发地从低温物体传到高温物体;热量不可能从低温物体传到高温物体而不引起其他变化;不可能从单一热源取出热量使之全部转化为功而不发生其他变化;第二类永动机是不可能造成的。
热力学论文
引言
麦克斯韦-玻尔兹曼分布是一个概率分布,在物理学和化学中有应用。最常见的应用是统计力学的领域。任何(宏观)物理系统的温度都是组成该系统的分子和原子的运动的结果。这些粒子有一个不同速度的范围,而任何单个粒子的速度都因与其它粒子的碰撞而不断变化。然而,对于大量粒子来说,处于一个特定的速度范围的粒子所占的比例却几乎不变,如果系统处于或接近处于平衡。麦克斯韦-玻尔兹曼分布具体说明了这个比例,对于任何速度范围,作为系统的温度的函数。
麦克斯韦—玻尔兹曼分布的推导与应用
摘要:用统计力学中相空间观点的方法和最大熵原理,给出一种简单推导麦克斯韦—玻尔兹曼分布的方法,并给出对于单原子理想气体确定其热力学参量的应用算例。
关键词:麦克斯韦—玻尔兹曼分布;相空间;最大熵原理;热力学参量
A deduction and application of Maxwell - Boltzmann distribution
[4]熊吟涛.热力学[M] .北京:人民教育出版社,1980. 81 - 90 ;101.
[5]郑成群,刘直承.能量按自由度均分定理浅析[J ] .大学物理,1997 ,16 (10) :16.
[6](日)阿部龙藏.统计力学[M] .楚珏辉译.北京:科学出版社,1979. 18 - 26.
[7]张奎,李鹤龄.统计分布的统一形式[J ] .大学物理,1997 ,16 (2) :17.
气体的宏观态就是相空间的一个点,则相空间的点密度为:
上式中d x d yd z d Pxd Pyd Pz是相对空间的体积元,Ni是这个体积元中的点数,然而对于任何一个特殊的宏观态N1,N2,N3,必将有多个不同的微观态。这多个微观态的数,称为是宏观态的热力学几率W。热力学几率W与一般数学中的几率概念相异,一般数学上的几率总和是等于1。而热力学几率是可以大于1的,尤其是当粒子数较大时,W可以为一个较大的数。则考察N个粒子的系统,它可能有Ni个不同的排列方式,但其中可能有N1,N2,N3,⋯Ni ⋯个粒子处于完全相同的状态,因此可定义热力学几率为:
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
《大学物理》课程论文
热力学基础
摘要:
热力学第一定律其实是包括热现象在内的能量转换与守恒定律。
热力学第二定律则是指明过程进行的方向与条件的另一基本定律。
热力学所研究的物质宏观性质,特别是气体的性质,经过气体动理论的分析,才能了解其基本性质。
气体动理论,经过热力学的研究而得到验证。
两者相互补充,不可偏废。
人们同时发现,热力学过程包括自发过程和非自发过程,都有明显的单方向性,都是不可逆过程。
但从理想的可逆过程入手,引进熵的概念后,就可以从熵的变化来说明实际过程的不可逆性。
因此,在热力学中,熵是一个十分重要的概念。
关键词:
(1)热力学第一定律(2)卡诺循环(3)热力学第二定律(4)熵
正文:
在一般情况下,当系统状态变化时,作功与传递热量往往是同时存在的。
如果有一个系统,外界对它传递的热量为Q,系统从内能为E1
的初始平衡状态改变到内能为E2的终末平衡状态,同时系统对外做功为A,那么,不论过程如何,总有:
Q= E2—E1+A
上式就是热力学第一定律。
意义是:外界对系统传递的热量,一部分
是系统的内能增加,另一部分是用于系统对外做功。
不难看出,热力学第一定律气其实是包括热量在内的能量守恒定律。
它还指出,作功必须有能量转换而来,很显然第一类永动机违反了热力学第一定律,所以它根本不可能造成的。
物质系统经历一系列的变化过程又回到初始状态,这样的周而复始的变化过程称为循环过程,或简称循环。
经历一个循环,回到初始状态时,内能没有改变,这是循环过程的重要特征。
卡诺循环就是在两个温度恒定的热源(一个高温热源,一个低温热源)之间工作的循环过程。
在完成一个循环后,气体的内能回到原值不变。
卡诺循环还有以下特征:
①要完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源:
②卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关,高温热源的温
度越高,低温热源的温度越低,卡诺循环效率越大,也就
是说当两热源的温度差越大,从高温热源所吸取的热量Q1
的利用价值越大。
③卡诺循环的效率总是小于1的(除非T2 =0K)。
那么热机的效率能不能达到100%呢?如果不可能到达100%,最大可能效率又是多少呢?有关这些问题的研究就促进了热力学第二定律的建立。
第一类永动机失败后,人们就设想有没有这种热机:它只从一个热源吸取热量,并使之全部转变为功,它不需要冷源,也没有释放热量。
这种热机叫做第二类永动机。
经过无数的尝试证明,第二类永动
机同样式一种幻想,也是不可能实现的。
就上面介绍的卡诺循环,它也是个理想循环,工作物质从高温热源吸取热量后,经过卡诺循环,总是向低温热源放出一部分的热量,才能回复到初始状态,所以说卡诺循环的效率不可能达到1。
热力学第二定律开尔文叙述是这样的:不可能制成一种循环动作的热机,只从一个热源吸取热量,使之全都变为有用的功,而不产生其他影响。
从文字上看,热力学第二定律开尔文叙述反映了热功转换的一种特殊规律。
1850年,克劳修斯在大量实验的基础上提出了热力学第二定律的另外一种说法:热量不可能自动地从低温物体传向高温物体。
要是热量从低温物体传向高温物体,靠自发是不可能的,必须依靠外力作功。
克劳修斯的叙述正是反映了热量传递的这种特殊规律。
热力学第二定律的两种描述是等价的。
根据热力学第二定律,我们论证了一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。
当给定系统处于非平衡状态时,总要发生从非平衡态向平衡态的自发性过渡;反之当系统处于平衡态时,系统却不可能从平衡态向非平衡态过渡。
所以我们希望找到一个与平衡状态有关的状态函数,根据这个状态函数单向变化的性质来判断实际过程进行的方向。
我们把这个状态函数叫做熵,以S表示。
在一个可逆绝热循环中,系统的熵变等于零。
但在封闭系统中发生的任何不可逆过程,都导致了整个系统的熵的增加,系统的熵只有在可逆过程中才是不变的。
这个普遍结论叫做熵增加原理。
如果把系统和外界作为整个封闭系统考虑,则系统的总熵是不可能减少的。
在可逆过程的情况下,总
熵保持不变,而在不可逆过程的情况下,总熵一定增加。
因此,我们可以根据总熵的变化判断实际过程进行的方向和限度。
也是基于这个原因,我们把熵增加原理看作是热力学第二定律的另一种叙述形式。
参考文献:
①程守珠,江之永.《普通物理学》高等教育出版社
②沈维道,郑佩芝,蒋淡安.《工程热力学》高等教育出版社,。