大学物理期末复习热学-第一章习题热力学系统的平衡态及状态方程.docx
大学热力学与统计物理期末复习笔记1
《热力学统计物理》期末复习一、简答题1、写出焓、自由能、吉布斯函数的定义式及微分表达式（只考虑体积变化功）答：焓的定义H=U+PV，焓的全微分dH=TdS+VdP；自由能的定义F=U-TS，自由能的全微分dF=-SdT-PdV；吉布斯函数的定义G=U-TS+PV，吉布斯函数的全微分dG=-SdT+VdP。
2、什么是近独立粒子和全同粒子？描写近独立子系统平衡态分布有哪几种？答：近独立子系统指的是粒子之间的相互作用很弱，相互作用的平均能量远小于单个粒子的平均能量，因而可以忽略粒子之间的相互作用。
全同粒子组成的系统就是由具有完全相同的属性（相同的质量、电荷、自旋等）的同类粒子组成的系统。
描写近独立子系统平衡态分布有费米-狄拉克分布、玻色-爱因斯坦分布、玻耳兹曼分布。
3、简述平衡态统计物理的基本假设。
答：平衡态统计物理的基本假设是等概率原理。
等概率原理认为，对于处于平衡状态的孤立系统，系统各个可能的微观状态出现的概率是相等的。
它是统计物理的基本假设，它的正确性由它的种种推论都与客观实际相符而得到肯定。
4、什么叫特性函数？请写出简单系统的特性函数。
答：马休在1869年证明，如果适当选择独立变量（称为自然变量），只要知道一个热力学函数，就可以通过求偏导数而求得均匀系统的全部热力学函数，从而把均匀系统的平衡性质完全确定。
这个热力学函数称为特性函数。
简单系统的特性函数有内能U=U （S 、V ），焓H=H （S 、P ），自由能F=F （T 、V ），吉布斯函数G=G （T 、P ）。
5、什么是μ空间？并简单介绍粒子运动状态的经典描述。
答：为了形象的描述粒子的运动状态，用r r p p q q ,,,,11 ；共2r 个变量为直角坐标，构成一个2r 维空间，称为μ空间。
粒子在某一时刻的力学运动状态()r r p p q q ,,,,11 ；可用μ空间的一个点表示。
6、试说明应用经典能量均分定理求得的理想气体的内能和热容量中哪些结论与实验不符（至少例举三项）。
热力学统计物理第1章总复习
ln V ( dT T dp ) ln V0
(T , p)
(T0 , p0 )
T
如果由实验测得α、κT作为T、p的函数，由上 式可得物质的物态方程。
对理想气体
1 T
1 T p
选择该积分路径由一个等压过程和一个等压过程组成，
p 常数 T
1
TV
1
常数
V V dV ( ) p dT ( )T dp T p
并利用 1 ( V ) P V T
同除V得到
KT
1 V ( )T V p
得到:
dV dT K T dp V
dV V (dT KT dp)
对固体和液体，α、KT很小，并假定为常数，积分得：
作级数展开，取近似， V (T , P) V0 (T0 ,0)1 (T T0 ) KT p 并取p0=0有
T
1.4 简单固体和液体的体胀系数 和等温压缩系数 T 数值都很小，在一定温度范围内可以把 和 T 看作 常量. 试证明简单固体和液体的物态方程可近似为
V (T , p) V0 T0 , 0 1 T T0 T p .
1.4解：令 V=V（T，P）进行全微分:
2 1 p R RV ( )V p T p(V b) RTV 2 a(V b)
1 1 1 V T ( ) T 2a RT V V p 3 V
V 2 (V b) 2 3 V RT 2a(V b) 2
(V b) 2
1.2 证明任何一种具有两个独立参量 T , p 的物质，其 物态方程可由实验测得的体胀系数 及等温压缩系 数 ，根据下述积分求得：
物化各种公式概念总结
第一章热力学第一定律一、基本概念系统与环境，状态与状态函数，广度性质与强度性质，过程与途径，热与功，内能与焓。
二、基本定律 热力学第一定律：ΔU =Q +W 。
三、基本关系式1、体积功的计算 δW = －p 外d V恒外压过程：W = －p 外ΔV定温可逆过程（理想气体）：W =nRT 1221ln ln p p nRT V V = 2、热效应、焓：等容热：Q V =ΔU （封闭系统不作其他功）等压热：Q p =ΔH （封闭系统不作其他功）焓的定义：H =U +pV ; ΔH =ΔU +Δ(pV )焓与温度的关系：ΔH =⎰21d p T T T C3、等压热容与等容热容：热容定义：V V )(T U C ∂∂=；p p )(T H C ∂∂= 定压热容与定容热容的关系：nR C C =-V p热容与温度的关系：C p ，m =a +bT +cT 2四、第一定律的应用1、理想气体状态变化等温过程：ΔU =0 ; ΔH =0 ; W =－Q =⎰-p 外d V等容过程：W =0 ; Q =ΔU =⎰T C d V ; ΔH =⎰T C d p等压过程：W =－p e ΔV ; Q =ΔH =⎰T C d p ; ΔU =⎰T C d V可逆绝热过程：Q =0 ; 利用p 1V 1γ=p 2V 2γ求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d pC V (㏑T 2-㏑T 1)=nR(㏑V 1-㏑V 2)（T 与V 的关系）C p (㏑T 2-㏑T 1)=nR(㏑P 2-㏑P 1) (T 与P 的关系)不可逆绝热过程：Q =0 ;利用C V (T 2-T 1)=－p 外(V 2-V 1)求出T 2,W =ΔU =⎰T C d V ;ΔH =⎰T C d p2、相变化 可逆相变化：ΔH =Q =n ΔH ； Ｗ＝－p (V 2-V 1)=－pV g =－nRT ; ΔU =Q +W3、实际气体节流膨胀：焦耳-汤姆逊系数：μJ-T （理想气体在定焓过程中温度不变，故其值为0；其为正值，则随p 降低气体T 降低；反之亦然）4、热化学标准摩尔生成焓：在标准压力和指定温度下，由最稳定的单质生成单位物质的量某物质的定压反应热（各种稳定单质在任意温度下的生成焓值为0） 标准摩尔燃烧焓：…………，单位物质的量的某物质被氧完全氧化时的反应焓第二章 热力学第二定律一、基本概念 自发过程与非自发过程二、热力学第二定律热力学第二定律的数学表达式（克劳修斯不等式）T Q dS δ≥ “=”可逆；“＞”不可逆三、熵（0k 时任何纯物质的完美结晶丧子为0）1、熵的导出：卡若循环与卡诺定理（页522、熵的定义：T Q dS r δ=3、熵的物理意义：系统混乱度的量度。
热力学练习题理解热平衡和热力学第一定律
热力学练习题理解热平衡和热力学第一定律热力学练习题：理解热平衡和热力学第一定律热力学是研究能量转化和能量守恒的科学，对于理解能量转移、热平衡和热力学第一定律至关重要。
在本练习题中，我们将探索和理解热平衡和热力学第一定律的概念，以加深对热力学的理解。
1. 热平衡的定义热平衡是指两个物体或系统之间没有任何温度差异或温度梯度的状态。
在热平衡状态下，热量不再从一个物体传递到另一个物体，两者之间的能量转移达到平衡。
这是一个重要的概念，因为热平衡是热力学研究的基石。
2. 热平衡的示例假设我们有一个绝热容器，内部分为两个部分：A和B。
初始时，A部分的温度为100摄氏度，而B部分的温度为50摄氏度。
我们将容器隔离并观察一段时间后。
在达到热平衡状态时，A和B两部分之间的温度将趋于相等，最终稳定在75摄氏度。
这种情况下，热平衡的达成意味着没有热量再从高温区域传递到低温区域。
3. 热力学第一定律的定义热力学第一定律，也被称为能量守恒定律，是指能量在系统中的转移和转化是由于热和功的相互作用。
简而言之，能量既不能被创造也不能被消灭，只能从一种形式转化为另一种形式。
4. 热力学第一定律的表达式热力学第一定律可以用以下表达式表示：ΔU = Q - W其中，ΔU表示系统内能的改变，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
5. 热力学第一定律的应用热力学第一定律在能量转移和转化的过程中起着重要的作用。
我们可以通过热力学第一定律来计算系统的内能变化，以及热量和功之间的相互转化。
这使得我们能够更好地理解和分析各种物理和化学过程中的能量变化。
6. 热力学练习题现在让我们来尝试解答一些关于热力学的练习题，以加深对热平衡和热力学第一定律的理解。
(1) 一个物体吸收了100J的热量，同时对外做了50J的功，那么它的内能变化是多少？(2) 一个物体从A状态经过一系列过程，最终回到了A状态。
这些过程中，物体的内能变化是多少？(3) 一个汽车发动机从燃料中释放了2000J的能量，其中有1000J被用于对外做功。
大学物理(第三版)热学-第一章
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
地位： 相当于力学中的牛顿定律
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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？
2021/6/7
1) 在理想气体理论基础上加以修正
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
2021/6/7
过程时间 ~ 1 秒
驰豫 时间
<
103 16
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
3.5 4190/m 3 十亿
大量、无规则
统计方法
数学基础---概率论
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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
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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
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5
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法
•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
热学1
组 成 成 分 均 匀 性 分
复相系统：多种物相组成的系统，或非均匀系统。 复相系统：多种物相组成的系统，或非均匀系统。
1. 热力学系统的平衡态及状态方程
• 热力学系统的状态参量
力学：物体的位置坐标 r，速度v等 热学体系的状态能否用一组 r 和v来描述？ 热学系统所包含的分子数的数量级为1023，若用r和v 去描写，要解1023个牛顿方程，这是不可能的。
1bar =105 Pa 1atm =101325Pa = 760mmHg 1Torr =1mmHg 23 −1 1NA ≈ 6.0221367×10 mol
1. 热力学系统的平衡态及状态方程
1.3 平衡态的概念
• 在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质长时 在没有外界影响的情况下， 间不发生变化的状态称为平衡态 • 在外界的影响下，系统的宏观性质长时间不发生变化 在外界的影响下， 的状态称为稳定态 热动平衡态
-1/αp
0 p
100 t/oC
T0 = 273.15 C
o
p0
t = −T0 , p = 0
T0 + t p = p0 T0
绝对零度
T p = p0 T0
-1/αp -T0
0
100 t/oC
p T = T0 p0
1. 热力学系统的平衡态及状态方程
2）定压气体温度计 ）
V =V0 (1+αV t)
形成固态 形成固态 当ε
>> EB 时，分子的平均动能远大于其间的势阱深度
分子尽可能地均匀充满占据的空间，形成气态 分子尽可能地均匀充满占据的空间，形成气态 当
ε ≈ EB
时，分子的动能与分子间的势阱相当
形成介于固态和气态之间的液态 形成介于固态和气态之间的液态
大学物理 热力学第一定律 习题(附答案)
A13 = Q13 = 1.25 × 10 4 ( J)
（5）由（1）有系统终态的体积为
hi
5 R , R = 8.31 J / mol ⋅ K 。 2
na
T V3 = V2 ( 2 ) γ−1 = 40 × 21. 5 = 113 ( l) T1 nRT3 2 × 8.31 × 300 p3 = = ÷ 1.013 × 10 5 = 0.44 ( atm) −3 V3 113 × 10
0 . 44
O
om
p (atm ) 1 2
3
三、计算题： 1．2 mol 初始温度为 27 � C ，初始体积为 20 L 的氦气，先等压过程膨胀到体积加倍， 然 后绝热过程膨胀回到初始温度。 （1）在 p-V 平面上画出过程图。 （2）在这一过程中系统总吸热是多少？ （3）系统内能总的改变是多少？ （4）氦气对外界做的总功是多少？其中绝热膨胀过程对外界做功是多少？ （5）系统终态的体积是多少？
5 = 1 × R × 60 = 1.25 × 10 3 ( J) 2
γ
(B) p 0 γ (D) p 0 / 2
(γ = C
p
/ Cv )
p0
解：绝热自由膨胀过程中 Q = 0，A = 0，由热力学第一定律，有 ∆ E = 0 ，膨胀前后系统
[
]
(A) (B) (C) (D)
这是一个放热降压过程 这是一个吸热升压过程 这是一个吸热降压过程 这是一个绝热降压过程
将状态 a、b 分别与 o 点相连有
om
A
O
V1
V2
V
T B
C
Q
V
等压过程中吸收了相同的热量，则它们对外做功之比为 A 1: A 2 = (各量下角标 1 表示氢气，2 表示氦气)
热力学统计物理
《热力学统计物理》复习资料热力学部分第一章 热力学的基本定律基本概念：平衡态，热力学参量，热平衡定律，温度，三个实验系数（、、），转换关系，物态方程，功及其计算，热力学第一定律（数学表述式），热容量（C 、C V 、C P 的概念及定义），理想气体的内能，焦耳定律，绝热过程特征，热力学第二定律（文学表述、数学表述），克劳修斯不等式，热力学基本微分方程表述式，理想气体的熵，熵增加原理及应用。
综合计算：利用实验系数的任意二个求物态方程，熵增（S ）计算。
第二章 均匀物质的热力学性质基本概念：焓H ，自由能F ，吉布斯函数（自由焓）G 的定义，全微分式，热力学函数的偏导数关系、麦克斯韦关系及应用，能态公式，焓态公式，节流过程的物理性质，焦汤系数定义及热容量（C P ）的关系，绝热膨胀过程及性质、特性函数F 、G ，辐射场的物态方程，内能、熵，吉布函数的性质、辐射通量密度的概念。
综合运用：重要热力学关系式的证明，由特性函数F 、G 求其它热力学函数（如S 、U 、物态方程）。
第三章、第四章 单元及多元系的相变理论该两章主要是掌握物理基本概念：热动平衡判据（S 、F 、G 判据），单元复相系平衡条件，复相多元系的平衡条件，多元系的热力学函数及热力学方程，相变的分类、一级与二级相变的特点及相平衡曲线斜率的推导、吉布斯相律，单相化学反应的化学平衡条件，热力学第三定律的标准表述，绝对熵的概念。
统计物理部分第六章 近独立粒子的最概然分布基本概念：能级的简并度，μ空间，运动状态代表点，三维自由粒子的μ空间，德布罗意关系（=，=），相格，量子态数、等概率原理，对应于某种分布的玻尔兹曼系统，玻色系统，费米系统的微观态数（热力学概率）的计算公式，最概然分布，玻尔兹曼分布律（），配分函数（），用配分函数表示的玻尔兹曼分布（），f s ，P λ， P s的概念，经典配分函数（），麦克斯韦速度分布律。
综合运用：能计算在体积V 内，在动量范围p —p+dp 内，或能量范围+d ε内，粒子的量子态数；了解运用最可几方法推导三种分布。
热力学系统的平衡态及状态方程习题
理想气体压强公式 P=nkT 由上式可知
1 3 2 m kT 2 2
kT 1 m 2 3
代入理想气体压强公式：
p nkT
1 nm 2 3
n为分子数密度，即单位体积内分子个数。m为一个分子 质量。nm即为单位体积内气体分子的质量，也就是密度r。
1 p r 2 3
因此，方均根速率为
ppttvvtvv?????????????????????????????????11lim0????????tt0ppvv1pvv1???????????????????????????????lim??vvttpptpp?????????????????????????????????11lim0????????2等温压缩系数
[ C ]
（C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强。
（D）温度相同，但氮气的压强大于氦气的压强。
21
9．质量相等的理想气体氧和氦,分别装在两个容积相 等的容器内,在温度相同的情况下,氧和氦的压强之比 为 ;氧分子和氦分子的平均平动动能之比 为 。
PO2 M mol He 4 M PV RT 1: 8 M mol PHe M mol O2 32
5
§1-4.温度与温标
温度： 与分子热运动的剧烈程度有关的物理量。 宏观上：物体的冷热程度； 微观上力学第零定律(温度相同的判定原则)
设 A系统和 B系统、 B系统和 C系统分别热平衡， 则A系统和C系统一定热平衡。
二. 温标
温标：温度(高低的数值标定)的数值表示方法。 温标的三要素： 测温物质、测温属性、固定标准点
可以证明： p 即 , , 中只有两个可以独立变化。
8
§1-6. 气体的状态方程 一.理想气体
大学物理热学习题课
dN m 32 4 ( ) e Ndv 2kT
v2
对于刚性分子自由度 单原子 双原子 多原子
i tr
(1)最概然速率
2kT 2 RT RT vp 1.41 m
(2)平均速率
i=t=3 i = t+r = 3+2 = 5 i = t+r = 3+3 =6
6、能均分定理
8kT 8 RT RT v 1.60 m
M V RT ln 2 M mol V1
QA
绝热过程
PV 常量
M E CV T M mol
(2)由两条等温线和两条绝热线 组成的循环叫做 卡诺循环。 •卡诺热机的效率
Q0
Q2 T2 卡诺 1 1 Q1 T1
M P1V1 P2V2 A CV T M mol 1
E 0
•热机效率
A Q1 Q2
M E CV T M mol M Q C P T M mol
A Q1 Q2 Q2 1 Q1 Q1 Q1
A=P(V2-V1) 等温过程
A
E 0
Q1 Q2 •致冷系数 e W Q1 Q2
热机效率总是小于1的， 而致冷系数e可以大于1。
定压摩尔热容
比热容比
CP ( dQ )P dT i2 i
8、平均碰撞次数 平均自由程
z
2d v n
2
CV •对于理想气体：
Cp
v z
1.热力学第一定律
1 2 2d n
二、热 力 学 基 础
Q ( E2 E1 ) A dQ dE dA
准静态过程的情况下
4. 摩尔数相同的两种理想气体 一种是氦气，一种是氢气，都从 相同的初态开始经等压膨胀为原 来体积的2倍，则两种气体( A ) (A) 对外做功相同，吸收的热量 不同. (B) 对外做功不同，吸收的热量 相同. (C) 对外做功和吸收的热量都不 同. (D) 对外做功和吸收的热量都相 同. A=P(V2-V1)
第1章 热力学系统的平衡态及状态方程
对于 mol理想气体
pV RT
V Vmol
理想气体的状态方程
M
：摩尔质量，分子量
2015/3/4
37
p
V
RT
R N Ak B
p n
N A
V
k BT nk BT
气体的分子数密度
N A
V
p nk BT
理想气体的状态方程
R kB 1.380658 1023 J K NA
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稳定平衡
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理解：
分子被假设为半径为r0的刚性小球 分子的大小：0.1 nm = 10-10 m = 105 fm 分子不接触时，r>>r0，其间无相互作用； 分子接触时，rr0，分子间碰撞为弹性碰撞。 (r ) 12 6 r r
Lennard-Jones Potential Model
p p0 (1 a pT )
(4) 阿伏伽德罗定律 在相同的温度和压强下，摩尔数相同的 各种气体所占的体积相同。
T0 273.16 K, p0 1 atm V0 22.4144 L/mol
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标准状况下
3．理想气体的状态方程
由玻意耳定律
pV C(T )
由温度决定的常数
热 学
第1章 热力学系统的平衡态及状态方程 第2章 热平衡态的统计分布律 第3章 近平衡态中的输运过程
2015/3/4
1
绪言
热学：研究物质的热运动、热运动对物质 宏观性质的影响及其与物质的其他运动形 式之间转换规律的物理学分支。
▲ 研究对象: 宏观物体（大量分子原子系统） 或物体系 — 热力学系统 。 ▲ 研究内容:与热现象有关的性质和规律。
基基础础物物理理学学ⅡⅡ 热学
4
§1-4 温度与温标 分别与第三个系统处于热平衡的两个系统,它们彼此也必 定处于热平衡. —— 热平衡的互通性 处于热平衡的两个系统，它们的温度必定相等.
§1-4 温度与温标
二.温标(temperature scale)
温标： 温度(高低的数值标定)的数值表示方法. 温标的三要素：
二.理想气体状态方程
气体系统处于平衡态时，可用p、V、T之间的函数关系表示， 称为气体状态方程． T f ( p,V ) 压强不太大，温度不太低时，气体遵从理想气体状态方程 (Clapeyron方程):
M
i
Mi
i
i
M
i
pV RT
M
RT
混合气体的总压强等于各气体的分压强之和.
12
2
§1-1 物质结构的基本图像 例子： 1. 1 cm3的空气中包含有2.7×1019 个分子 2. 水和酒精的混合 3. 石墨与硅单晶材料表面的STM图像
石墨的表面 原子结构
§1-1 物质结构的基本图像 粗略认识： 1. 气体、液体、固体的扩散 水和墨水的混合 2. 布朗运动 相互压紧的金属板
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§1-5 状态方程的一般讨论
§1-6 气体的状态方程
二.描述物质状态变化性质的物理量
根据测量的可行性，引入如下物理量描述热力学系统状态变 化的基本性质. (1)体膨胀系数:
§1-6 气体的状态方程
一.理想气体
理想模型，宏观特征： 严格遵守Bolye定律、Charles定律、Gay-Lussac定律，且 其压强温度系数和体膨胀系数严格相等. 或：严格遵守Clapeyron方程的气体 实际气体多数情况下可近似为理想气体， 温度越高、压强越低，近似程度越好
大学物理化学 第一章 热力学第一定律 学习指导
（1）在室温和101.325 kPa下，液态水蒸发为同温同压的水蒸气；
（2）在373.15 K和101.325 kPa下，液态水蒸发为同温同压的水蒸气；
（3）水在冰点时凝结成同温同压的冰；
（4）在等温等压下两种气体混合。
12.理想气体从同一状态出发，经绝招可逆压缩或等温可逆压缩到一固定的体积哪一种压缩过程所需的功大？为什么？如果是膨胀，情况又将如何？
（7）因为Qp= ΔH，QV= ΔU，所以Qp与QV都是状态函数。
（8）在101.325kPa下，1mol l00℃的水等温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU= 0。
（9）反应3O2 2O3在等温等压下进行，O2，O3可视为理想气体，由于理想气体的热力学能和焓只与温度有关，因此该过程的ΔH= 0，ΔU= 0。
解：PbO(s)标准摩尔生成热为下列反应的标准摩尔焓变
Pb(s)+ 1/2O2(g) PbO(s)
Pb(s)，O2(g)及PbO(s)的摩尔质量分别为207、32、239g·mol-1。
=（0.218239-0.134207-0.50.90032）Jmol-1K-1
=9.964Jmol-1K-1
三、
解：（1）等压反应
Q(1)=rH(1) = 2fHm(CO2) + 2fHm(CO) = -2393.5 + 2110.5 = -566.0 kJ
rU(1) =rH-nRT= -566.0 - (-18.31298)10-3= -563.5
W(1）= 2.5 kJ
（2）绝热等容反应，Q(2) =W(2) =U(2) = 0。设计过程如下
大学物理力学热力学基础
k
运动的总动能
f(v) f(vP)
vP v #分布曲线或者高而窄，或者矮而宽。从而 分布曲线或者高而窄，或者矮而宽。 保证曲线下的面积为1 保证曲线下的面积为1
V’p 四. 用麦克斯韦速率分布函数求速率的各种平均值
0
1. 平均速率 2. 方均根速率
2 ∞ 0 2
8kT 8RT v = ∫ vf (v)dv = = πm πµ
气体分子平均 第三节 气体分子平均平动动能与温度的关系 温度的统计解释) (或:温度的统计解释) 推导气体分子平均 一.推导气体分子平均平动动能与温度的关系 推导气体分子 1. 理想气体状态方程
P=nkT
3 2
k=R = 1.38 ×10−23 J ⋅ K −1 (玻尔兹曼常数） 其中 NA
2.分子平均 2.分子平均平动动能与温度的关系 w = kT 分子 •温度标志着物体内部分子无规则运动的
摩尔氢气和1摩尔氦 例3． 一个容器内贮有 摩尔氢气和 摩尔氦 ． 一个容器内贮有1摩尔氢气和 气，若两种气体各自对器壁产生的压强分别 则两者的大小关系是： 为p1和p2，则两者的大小关系是： (A) p1> p2． (C) p1＝p2． (B) p1< p2． (D)不确定的． 不确定的． 不确定的
例6． 容器内混有二氧化碳和氧气两种气体， ． 容器内混有二氧化碳和氧气两种气体， 混合气体的温度是 290 K，内能是 ，内能是9.64×105 × J，总质量是 ，总质量是5.4 kg，试分别求二氧化碳和氧 ， 气的质量． 气的质量．
《 热学》各章思考题+参考解答
热学思考题和参考解答第一章 热学基础知识和温度1．1 若热力学系统处于非平衡态，温度概念能否适用？【答】 对于处于非平衡态的系统，只要局域平衡条件能满足，则对于处于局域平衡的每个子系统来说，温度概念仍能适用。
1．2 系统A 和B 原来各自处在平衡态，现使它们互相接触，试问在下列情况下，两系统接触部分是绝热的还是透热的，或两者都可能?(1)当A V 保持不变，A p 增大时，B V 和B p 都不发生变化；(2)当A V 保持不变，A p 增大时，B p 不变而B V 增大；(3)当A V 减少，A p 增大时，B V 和B p 均不变．【答】设容器都是密闭的．(1)是绝热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度 增加．但它并不使B 状态发生变化，说明既没有热量传递也没有做功．(2)是透热的．因为A p A V 增大，所以A 的温度增加．从B 来说，B V 增加了，说明B 膨胀对外做了功，其能量只能来源于从A 吸热．(3)因为B V 和B p 均不变，说明B 的温度不变．但是A V 减少，同时A p 增大，这两者的乘积可变可不变，所以A 的温度也可变可不变．若A 的温度改变则是绝热的；若A 的温度不变，则A ，B 相互 接触的部分仍然绝热，因为B 的状态始终不变．1．3 在建立温标时是否必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度?是否可作相反的规定?在建立温标时，是否须规定测温属性一定随温度作线性变化?【答】 在建立温标时必须规定热的物体具有较高的温度，冷的物体具有较低的温度，因为热量是从高温物体传递到低温物体的．很有意思的是，对于处于负温度的子系则是例外．因为负温度比正温度还要高，热量是从负温度物体流向正温度物体的．建立温标时并不一定规定测温属性随温度作线性变化，这完全由分度公式来规定．1．4 冰的正常溶点是多少？纯水的三相点温度是多少？【答】 冰的正常溶点是273.15K,纯水的三相点温度是273.16K 。
热力学系统的平衡态及状态方程
19理学院物理系陈强一.平衡态§1-3.平衡态的概念第一章热力学系统的平衡态及状态方程•不受外界影响的系统必达到平衡(状)态；•系统的宏观状态参量不随时间改变;•系统内微观的热运动达到最无序的状态.在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。
例：气体的自由膨胀二.平衡态的性质20理学院物理系陈强(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；处于重力场中气体系统的粒子数密度随高度变化，低温高温两头处于冰水、沸水中的金属棒如：说明：是一种稳定态，而不是平衡态；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。
第一章热力学系统的平衡态及状态方程其中的大量分子仍在作无规则的热运动, 其微观运动状态随时在变,不变的只是宏观量21理学院物理系陈强其宏观性质只用几个称为状态参量的宏观量描写。
⇒系统内微粒的运动的统计规律简单.特别有：平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p ,V ,T )表示。
除特别说明，以后只讨论平衡态。
⇒对一定质量的气体, 可用p,V,T 中任两个为坐标轴,坐标系中每个点都对应一个平衡态.(3) 平衡态是最简单的状态,是一种理想化的状态：第一章热力学系统的平衡态及状态方程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.三.系统间的热平衡理学院物理系陈强§1-4.温度与温标温度：与分子热运动的剧烈程度有关的物理量。
宏观上：物体的冷热程度；微观上：反映物质内部分子运动剧烈程度；一.热力学第零定律(温度相同的判定原则)设A系统和B系统、B系统和C系统分别热平衡，则A系统和C系统一定热平衡。
——热力学第零定律分别与第三个系统处于热平衡的两个系统，它们彼此也必定处于热平衡. ↔热平衡的互通性处于热平衡的两个系统，它们的温度必定相等。
2223理学院物理系陈强二. 温标•温标：(国际规定:水的三相点温度为273.16K ；理想气体温标：水的三相点温度为273.15K)第一章热力学系统的平衡态及状态方程---经验温标，理想气体温标，热力学温标，国际实用温标温度(高低的数值标定)的数值表示方法。
云南师范大学热力学统计物理期末复习讲解
各章知识点整理和复习第一章热力学的基本定律知识点1、热力学第一定律dU dQ dW2、热力学第二定律3、热力学基本方程dU TdS pdV4、热力学第二定律的数学表述dU TdS pdV5、克劳修斯熵BRB AAd QS ST，玻尔兹曼熵lnS k6、熵增加原理。
复习题1、简述热力学第二定律及其统计解释。
参考：热力学第二定律的开尔文表述：热不可能全部转变为功而不引起其他变化。
热力学第二定律的克劳修斯表述：热量不能自动地从低温物体传向高温物体。
或第二类永动机不可能。
热力学第二定律的微观意义是，一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性（或混乱度）增大的方向进行,系统对应的微观状态数增大，根据玻尔兹曼熵lnS k，因此系统的熵值增加，即熵增加原理。
2、简述熵增加原理及其统计解释。
参考：孤立系统中所进行的自然过程总是沿着熵增大的方向进行。
根据玻尔兹曼熵公式lnS k，可知孤立系统中所进行的自然过程总是向着微观状态数（或混乱度）增大的方向进行。
第二章均匀物质的热力学性质知识点1、基本热力学函数的全微分和麦氏关系的得出。
dU TdS pdV dH TdS Vdp dF SdTpdVdGSdT Vdp()()()()()()()()S VS p T V TpT p V S T Vp S S pV T S VpT2、麦氏关系的应用。
2、气体的节流过程。
3、特性函数的应用。
4、热辐射（平衡辐射）的热力学结果，斯特方玻尔兹曼定律。
复习题1、写出焦汤系数的数学表达式，简述节流过程的特点；利用焦汤系数分析通过节流产生致冷效应、致温效应和零效应的原理。
（P57）2、证明能态方程TVU p Tp VT。
参考：选T 、V 作为状态参量时，有VTU U dU dT dV TdS pdVTVVTS S dSdTdVTV 得：VTS S dU T dT Tp dVTV比较得：TTU S TpV V将麦氏关系TVS p VT代入，即得TVU p TpVT3、证明焓态方程pTH V V TpT 。
热力学系统的平衡态和物态方程
第一章 热力学系统的平衡态和物态方程1.1 设一定体气体温度计是按摄氏温标刻度的，它在0.1013MPa 下的冰点及水的沸点时的压强分别为0.0405MPa 和0.0553MPa,试问(1)当气体的压强为0.0101MPa 时的待测温度是多少？(2)当温度计在沸腾的硫中时（0.1013MPa 下硫的沸点为444.5℃），气体的压强是多少？ （答案：（1）-204.66℃；（2）1.06×105N·m -2）1.2 水银气压计A 中混进了一个空气泡，因此它的读数比实际的气压小，当精确的气压计的读数为0.102MPa 时，它的读数只有0.0997MPa ，此时管内水银面到管顶的距离为80 mm 。
问当此气压计的读数为0.0978MPa 时，实际气压应是多少？设空气的温度保持不变。
（答案：1.0×105N·m -2） 1.3 一抽气机转速1400r min ω-=⋅（即转/分），抽气机每分钟能抽出气体20 l (升)。
设容器的容积V ＝2.0 l ，问经过多长时间后才能使容器内的压强由0.101MPa 降为133Pa 。
设抽气过程中温度始终不变。
（答案：40s ）1.4 两个贮存着空气的容器A 和B ，以备有活塞之细管相连接。
容器A 浸入温度为01100C t =的水槽中，容器B 浸入温度为0220C t =的冷却剂中。
开始时，两容器被细管中之活塞分隔开，这时容器A 及B 中空气的压强分别为p 1＝O.0533MPa ，p 2＝O.0200MPa ，体积分别为V 1＝0.25 l ，V 2＝0.40 l .试问把活塞打开后气体的压强是多少? （答案：42.9810Pa ⨯）1.5 一端开口，横截面积处处相等的长管中充有压强为p 的空气。
先对管子加热，使从开口端温度1000K 均匀变为闭端200K 的温度分布，然后把管子开口端密封，再使整体温度降为100K ，试问管中最后的压强是多大？ （答案：0.20p ）1.6证明任何一种具有两个独立参数,T p 的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数T k ，根据下述积分求得：()⎰-=dP dT V T καln如果T1=α，p k T 1=，试求物态方程。
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热学：（10学时，29题）
第一章热力学系统的平衡态及状态方程
1. 在标准状态下，容积为10m x 10m x 3m的房间内空气的质量为多少千克？（空气的平
均摩尔质量是29 x 10_3kg/mol）
2. 截面积为S的粗细均匀的U形管，其中储有水银，高度如图所示。
今将U形管的右侧
与大气相通，左侧上端封闭，其屮空气柱的温度为300K。
若要使空气柱长度变为60cm,需加热到多少K?己知大气压强保持为75cmHgo
第2题
3. 在矿井入风巷道的某一截面处空气的压强p = 0.9xl05Pa,温度t= 17°C,流速v = 5m/s,该处
截面积S = 8m2,问每秒钟流经该处的空气的质量为多少千克？（已知空气的平均摩尔质量是28.9 x 10-3kg/mol）
4. 一篮球在室温为AC时打入空气，使其达到1,5atm，试计算：
⑴赛球时，篮球温度升高到30°C,这时球内的压强有多大？
（2）在球赛过程中，球被扎破了一个小洞，开始漏气，问当球赛结束后，篮球恢复到室温时，球内剩下的空气是原有空气的百分之几？（篮球体积不变，室内外均为latm）5. 深海潜水员要在四周都是水的压力下呼吸空气，因为在0.2MPa的分压强下的氧气是有
毒的所以在一定的水深以下必须使用特殊的气体混合物。
已知海水的密度为p = 1.025 x 103kg/m3,试问：
⑴按照含氧21%的体积百分比计算，在什么深度下空气中氧的分压强等于0.2MPa?
（2）在深水作业中使用含3%的氧和97%的氮（体积百分比）的气体混合物，在水深200m吋，这种气体混合物中氧的分压强是多少？
6. 近代物理学中常用电子伏（eV）作为能量单位，试问在多高温度下分子的平均平动动能
为leV? 1K温度的热运动平均能量相当于多少电子伏？
7.质量为50.0g,温度为18.0。
（：的氮气装在容积为10.0L的封闭容器内,容器以v=200m/s
的速度做匀速直线运动。
若容器突然停止，定向运动的动能全部转化为分子热运动的动能，则平衡后氨气的温度和压强将各增大多少？
&用范徳瓦尔斯方程计算密闭于容器内质量M=0.8kg的O2的压强。
已知容器的容积为V=20L,气体的温度t=27°C o试将计算结果与用理想气体状态方程计算的结果比较。
己知。
2的范德瓦尔斯修•正量a = 1.369atm • L2/mol2, b = 0.0315L/molo。