大学物理 第五章热力学基础
大学物理热学ppt课件

热力学函数变化特点、相变潜热的计算
临界点及超临界现象
临界点的定义及性质、超临界流体的特点及应用
05 热辐射与黑体辐 射理论
热辐射基本概念及性质
热辐射定义
01
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射特点
02
不依赖介质传播,具有连续光谱,温度越高辐射越强。
热辐射与光辐射的区别
气体输运现象及粘滞性、热传导等性质
粘滞性
气体在流动时,由于分子间的动量交换,会 产生阻碍流动的粘滞力。气体的粘滞性与温 度、压强有关。
热传导
气体中热从高温部分传向低温部分的现象 称为热传导。热传导是由于分子间的碰撞传 递能量实现的。气体的热传导系数与温度、
压强有关。
04 固体、液体与相 变现象
大学物理热学ppt课件
目录
• 热学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 气体动理论与分子运动论 • 固体、液体与相变现象 • 热辐射与黑体辐射理论 • 热学在生活和科技中应用
01 热学基本概念与 定律
温度与热量
温度
表示物体冷热程度的物理量, 是分子热运动平均动能的标志。
热量
在热传递过程中所传递内能的 多少。
绝热过程
系统与外界没有热交换的热力学过程。 在绝热过程中,系统的温度变化完全 由做功引起。例如,绝热膨胀和绝热 压缩是常见的绝热过程。
多方过程与准静态过程
多方过程
系统状态变化时,其压强和体积同时发生变化的过程。多方过程的特征在于压强和体积的乘积(PV)的n次方保 持恒定,其中n为多方指数。多方过程包括等温过程、等压过程和等容过程等特例。
最概然速率
在麦克斯韦速率分布曲线中,有一个峰值对应的速率称为最概然速率,表示在该速率附 近分子数最多。
大学物理上册(第五版)重点总结归纳及试题详解第五章热力学基础

⼤学物理上册(第五版)重点总结归纳及试题详解第五章热⼒学基础第五章热⼒学基础⼀、基本要求1.掌握功、热量、内能的概念,理解准静态过程。
2.掌握热⼒学第⼀定律,能分析、计算理想⽓体等值过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量。
3.掌握循环过程和卡诺循环等简单循环效率的计算。
4.了解可逆过程和不可逆过程。
5.理解热⼒学第⼆定律及其统计意义,了解熵的玻⽿兹曼表达式及其微观意义。
⼆、基本内容1. 准静态过程过程进⾏中的每⼀时刻,系统的状态都⽆限接近于平衡态。
准静态过程可以⽤状态图上的曲线表⽰。
2. 体积功pdV dA = ?=21V V pdV A功是过程量。
3. 热量系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同⽽交换的热运动能量。
热量也是过程量。
4. 理想⽓体的内能2iE RT ν=式中ν为⽓体物质的量,R 为摩尔⽓体常量。
内能是状态量,与热⼒学过程⽆关。
5. 热容定体摩尔热容 R i dT dQ C V m V 2)(,== 定压摩尔热容 R i dT dQ C p mp 22)(,+== 迈耶公式 R C C m V m p +=,, ⽐热容⽐ ,,2p m V mC i C iγ+==6.热⼒学第⼀定律A E Q +?=dA dE dQ +=(微分形式)7.理想⽓体热⼒学过程主要公式(1)等体过程体积不变的过程,其特征是体积V =常量。
过程⽅程: =-1PT 常量系统对外做功: 0V A =系统吸收的热量:()(),21212V V m iQ vC T T v R T T =-=-系统内能的增量:()212V iE Q v R T T ?==-(2)等压过程压强不变的过程,其特征是压强P =常量。
过程⽅程: =-1VT 常量系统对外做功:()()212121V P V A PdV P V V vR T T ==-=-?系统吸收的热量: (),2112P P m i Q vC T v R T T ??=?=+-系统内能的增量: ()212iE v R T T ?=-(3)等温过程温度不变的过程,其特征是温度T =常量。
准静态过程 功 热量 内能 热力学第一定律 等体过程 等压过程 摩尔热容等温过程和绝热过程

V2 V
Qp
E2
E1
W
等压膨胀过程:气体吸收的热 量,一部分用于内能的增加, 一部分用于对外作功。
p
等 压
p
( p,V2 ,T2 )
2
( p,V1,T1)
1
压
W
缩
o V2
V1 V
Qp
E1
W
E2
等压压缩过程:外界对气体作 的功和内能的减少均转化为热 量放出。
等压过程中,W 与 △E始终同号
Q
m' M
解 1)等温过程
W12 '
RT ln V2 ' V1
2.80104 J
2)氢气为双原子气体
(i 2) i 1.40
T2
T1
(V1 V2
)
1
753K
p
p2
2 T2
p2' T2' T1
Q0
p1
2'
T1
T 常量 1
o V2 V2' V1 10 V1 V
怎么求?
由热力学第一定律
dQT dWT pdV
Q T
WT
p RT
V2 V1
pdV
V
p
p1
1 ( p1,V1,T )
p2
( p2 ,V2 ,T )
2
o V1 dV V2 V
恒
温
谁做功?
热
源
T
QT
WT
V2
V1
RT V
dV
RT
ln V2 V1
RT ln p1
大学物理《热力学基础》

热力学第二定律的实验验证
卡诺循环实验
通过比较可逆卡诺循环和不可逆卡诺循环的效率, 证明了热力学第二定律的正确性。
焦耳实验
通测量热量和功之间的转换关系,证明了热力 学第二定律的正确性。
热辐射实验
通过测量不同温度下物体的辐射能,证明了熵增 加原理的正确性。
05 热力学的应用
热机效率的提高
热机效率的概念
热力学第二定律定义
熵增原理
热力学第二定律的本质
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产 生其他影响;不可能从单一热源取热使之完 全转换为有用的功而不产生其他影响;不可 逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
在封闭系统中,自发过程总是向着熵 增加的方向进行,即熵增加原理。
揭示了热量传递和做功过程的不可逆 性,是能量耗散和转化过程的宏观规 律。
通过学习热力学基础,学生可以了解热现象的本质和规律,掌握热力学的 分析方法,为后续的物理学习和实际应用打下基础。
热力学的重要性
热力学在能源、化工、材料 、环保等领域有广泛应用, 是解决实际问题的重要工具
。
热力学的基本原理和方法对 于理解其他物理分支(如电 磁学、光学)以及交叉学科 (如生物物理、地球物理)
热力学第二定律的应用
空调制冷原理
利用制冷剂在蒸发器中吸热蒸发而降低温度,再通过冷凝器放出热 量,使室内温度降低。
汽车发动机效率
汽车发动机效率不可能达到100%,因为发动机工作时会产生热量 损失,这些热量无法完全转化为机械功。
热机效率
热机效率不可能达到100%,因为燃料燃烧产生的热量不可能完全转 化为机械功,其中一部分热量会以热量的形式散失到环境中。
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大学物理热力学基础PPT课件

大学物理 I 曹颖
8
15. 3 热力学第一定律、等值过程的应用 一、等容过程 气体容积保持不变 (dV = 0 ) 等容过程中的功 A = 0 (dV = 0) 等容过程内能
i RdT dE M (微小过程) 2 i M E 2 R(T2 T1 ) (有限过程)
内能仅与始末态温度有关。
3)循环过程的功: 正 循 环 A 0 净 A净~净面积 逆 循 环 A净 0 V
2018年10月7日星期日
大学物理 I 曹颖
22
热机:利用工作物质,不断地把热转化为功的装 置。其循环为正循环。A净> 0
高温热源 Q1
系统
A
(工作原理示意图)
Q2
低温热源
水 水蒸汽 废汽 水
' ' ' Q1 E1 A1 A2 A1 0 ' ' ' Q3 E3 A3 A2 A3 0
' A1
' A2
' A3
放热过程。 吸热过程。
2018年10月7日星期日
大学物理 I 曹颖
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15. 6 循环过程 卡诺循环
一、循环过程 (系统)从某态经历一系列变化过程又回 到初态的(周而复始的)过程。 P b P-V 图上为一闭合曲线。 1)特性: E 0 a c 2)循环过程有正、逆之分。
内
i
ki
i
pi
对于理想气体,忽略分子间的作用 ,则
m i 平衡态下气体内能: E RT M2
2018年10月7日星期日
E理 Ek=E (T )
大学物理 I 曹颖
大学物理热力学基础教案

大学物理热力学基础教案一、引言1.1 热力学的概念解释热力学是研究物质系统在温度、压力等条件变化时,其宏观性质如何变化的科学。
强调热力学在工程、物理等领域的应用重要性。
1.2 热力学的研究方法描述热力学通过实验和理论分析来研究物质系统的宏观性质。
介绍热力学的基本定律和理论模型。
二、热力学第一定律2.1 能量守恒定律解释能量守恒定律的内容,即在一个封闭系统中,能量不会凭空产生或消失,只能从一种形式转化为另一种形式。
通过示例或实验现象展示能量守恒定律的应用。
2.2 内能定义内能的概念,即系统内部所有分子和原子的动能和势能之和。
解释内能与系统温度、体积等参数的关系。
三、热力学第二定律3.1 熵的概念介绍熵的概念,即系统混乱程度的度量,熵值越大,系统越混乱。
解释熵与系统温度、分子运动等的关系。
3.2 热力学第二定律的表述表述热力学第二定律的不同形式,如熵增原理、卡诺定理等。
通过实际例子或图示展示熵增原理的应用。
四、热力学第三定律4.1 绝对零度的概念解释绝对零度是理论上最低可能的温度,即物质的熵为零的状态。
介绍开尔文温标与摄氏温标的关系。
4.2 熵与绝对零度解释熵与绝对零度之间的关系,即随着温度的降低,熵逐渐减小并趋近于零。
强调熵与绝对零度在热力学研究中的重要性。
五、热力学应用5.1 热机介绍热机的概念,即利用热能转换为机械能的装置。
解释热机的效率和热力学第二定律的关系。
5.2 热传递描述热传递的基本方式,包括导热、对流和辐射。
解释热传递的规律,如傅里叶定律、牛顿热传递定律等。
六、热力学状态方程6.1 理想气体状态方程推导理想气体状态方程PV=nRT,其中P 为压强,V 为体积,n 为物质的量,R 为理想气体常数,T 为温度。
解释理想气体状态方程在一定条件下的适用性。
6.2 物态方程介绍物态方程的概念,它是描述在不同温度和压力下,物质的状态(如固体、液体、气体)如何变化的方程。
举例说明物态方程在实际应用中的重要性。
大学热学物理知识点总结

大学热学物理知识点总结1.热力学基本定律热力学基本定律是热学物理的基础,它包括三个基本定律,分别是热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
(1)热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热学表述,它规定了热力学系统能量的守恒性质。
简单地说,热力学第一定律表明了热力学系统能量的增减只与系统对外界做功和与外界热交换有关。
热力学第一定律的数学表达式为ΔU=Q-W,其中ΔU表示系统内能的增量,Q表示系统吸热的大小,W表示系统对外界所作的功。
由此可以看出,系统的内能变化量等于吸收热量减去做的功。
(2)热力学第二定律热力学第二定律是热力学系统不可逆性的表述,它规定了热力学系统内部的熵增原理,即系统的熵不会减小,而只会增加或保持不变。
简单地说,热力学第二定律表明了热力学系统内部的任何一种热力学过程都是不可逆的。
这意味着热力学系统永远无法使热量全部转化为功,总会有一部分热量被转化为无效热。
热力学第二定律还表明了热力学过程的方向性,即热量只能从高温物体传递到低温物体,而不能反向传递。
(3)热力学第三定律热力学第三定律规定了当温度趋于绝对零度时,任何物质的熵都将趋于一个有限值,这个有限值通常被定义为零。
简单地说,热力学第三定律表明了在绝对零度时,任何系统的熵都将趋于零。
热力学第三定律的提出对于热学物理的研究具有非常重要的意义,它为我们理解热学系统的性质提供了重要的基础。
2.热力学过程热力学过程是指热力学系统内部发生的一系列变化,包括各种状态参数的变化和热力学系统对外界的能量交换。
常见的热力学过程有等温过程、绝热过程、等容过程和等压过程等。
这些过程在日常生活以及工业生产中都有着广泛的应用。
(1)等温过程等温过程是指在恒定温度下进行的热力学过程。
在等温过程中,系统对外界做的功和吸收的热量之比是一个常数。
这意味着等温过程的压强和体积成反比,在P-V图上表现为一条双曲线。
常见的等温过程有等温膨胀和等温压缩等。
(2)绝热过程绝热过程是指在无热交换的情况下进行的热力学过程。
大学物理课后答案第5章

第五章 热力学基础5-1 在水面下50.0 m 深的湖底处(温度为4.0℃),有一个体积为1.0×10-5 m 3的空气泡升到湖面上来,若湖面的温度为17.0℃,求气泡到达湖面的体积。
(大气压P 0 = 1.013×105 Pa ) 分析:将气泡看成是一定量的理想气体,它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态。
利用理想气体物态方程即可求解本题。
位于湖底时,气泡内的压强可用公式gh p p ρ+=0求出,其中ρ为水的密度(常取ρ = 1.0⨯103 kg·m -3)。
解:设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为(p 1,V 1,T 1)和(p 2,V 2,T 2)。
由分析知湖底处压强为ghp gh p p ρρ+=+=021。
利用理想气体的物态方程可得空气泡到达湖面的体积为()3510120121212m 1011.6-⨯=+==T p V T gh p T p V T p V ρ5-2 氧气瓶的容积为3.2×10-2 m 3,其中氧气的压强为1.30×107 Pa ,氧气厂规定压强降到1.00×106 Pa 时,就应重新充气,以免经常洗瓶。
某小型吹玻璃车间,平均每天用去0.40 m 3 压强为1.01×105 Pa 的氧气,问一瓶氧气能用多少天?(设使用过程中温度不变) 分析:由于使用条件的限制,瓶中氧气不可能完全被使用。
从氧气质量的角度来分析。
利用理想气体物态方程pV = mRT /M 可以分别计算出每天使用氧气的质量m 3和可供使用的氧气总质量(即原瓶中氧气的总质量m 1和需充气时瓶中剩余氧气的质量m 2之差),从而可求得使用天数321/)(m m m n -=。
解:根据分析有RT V Mp m RT V Mp m RT V Mp m 333122111===;;则一瓶氧气可用天数()()5.933121321=-=-=V p V p p m m m n5-3 一抽气机转速ω=400r ּmin -1,抽气机每分钟能抽出气体20升。
大学物理热力学基础.

11.01310522.4103
22.7102(J)
Qacb Acb
V(l)
7-3 气体的摩尔热容量
一、热容与摩尔热容的定义: 热容量: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(C)
dQ
C dT
表示升高1K所吸收的热量
J K1
单位质量的热容量叫比热容。 CMC比 JK1kg1
摩尔热容量:1 mol 物质的热容量(Cm)
M C Mmol Cm
1mol 物质温度升高1K时所吸收的热量。
JK1mo1
二、理想气体的摩尔热容量
1、理想气体的定容摩尔热容:
dQ CV ( dT )V
( dE dT
)V
理想气体 dE i RdT
2 3
单原子理想气体 CV 2 R
双原子理想气体
1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程
dA PdV dE M M moC lVdT (1)
理想气体状态方程
PV M RT Mmol
对其微分得:
M
PdVVdP RdT Mmol
(2)
联立(1)(2)得:
dP dV0 PV
PV con. s(3t)
(泊松公式)
将 PV cons.与t PV M RT联立得:
准静态过程是一种理想的极限。
三、准静态过程的功和热量
1、体积功的计算
dl
➢当活塞移动微小位移dl 时, 系统对外界所作的元功为:
p F S
➢系统体积由V1变为V2,系统对外界作总功为:
A dA V2pdV V1
dV0, 系统对外作正功;
dV0, 系统对外作负功;
例:有1mol理想气体 (1)a b等温,
大学物理(热学知识点总结)

热力发电
利用高温热源和低温热源 之间的温差,通过热力循 环将热能转化为机械能, 再转化为电能。
04
热传递原理
导热、对流和辐射的原理
01 02
导热原理
导热是物质内部微观粒子(如分子、原子等)相互碰撞,将能量从高温 处传到低温处的现象。导热速率与物质的导热系数、温度梯度以及热流 路径的长度有关。
对流原理
热学的发展历程
古代对热现象的认识
01
人类很早就开始对热现象进行观察和利用,如火的使用、烧制
陶器等。
近代热学的形成
02
随着工业革命和科学技术的发展,热学逐渐形成一门独立的学
科,开始有越来越多的学者对热现象进行研究。
现代热学的应用
03
热学在能源利用、环境保护、航天航空等领域得到广泛应用,
成为推动人类社会发展的重要力量。
大学物理(热学知识点总 结)
• 热学概述 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 热传递原理 • 热力学与日常生活
01
热学概述
热学的定义与重要性
定义
热学是一门研究热现象的学科,主要 探讨热量传递、热力学过程和热力学 定律等方面的内容。
重要性
热学是物理学的重要分支之一,与日 常生活、工程技术和科学研究密切相 关,对于理解物质的基本性质和变化 规律具有重要意义。
证明
热力学第一定律也可以通过实验来证明。例如,通过测量封闭系统中热量转移和相应体积变化等实验数据,可以 验证热力学第一定律。
定律的应用实例
实例1
在汽车发动机中,燃料燃烧产生的热量转化为机械能,驱动汽车行驶。这正是 热力学第一定律的应用,即能量从一种形式(化学能)转化为另一种形式(机 械能)。
第5章 热力学第一定律

[例题] 在定压下,气体体积从V1 变被压缩到V2 (1)设过程为 准静态过程,试计算外界对系统所做的功。(2)若为非静态过
程结果如何?
[解]
(1)
A
V2 V1
pdV
p
V2 dV
V1
p(V2
V1 )
A 外界对系统做正功
(2)
A V2 pdV V1
在一定的过程中,系统改变单位温度时吸收或放出的热量叫做 系统的热容。
质量为m的系统,热容的定义
Q C lim
T 0 T
•常用的也是基本的有体积不变的等体过程和压强不变的等压过程
等容(定容)热容
等容过程,外界对系统所做的功为零。由热力学第一定律可知
(Q)V U U U (T ,V )
CV
lim (Q)V T 0 T
S1
V1
p1
p1 T1
l1
S1
p1
S2 p2
V2 p2 T2
l2
S2 p2
做功 吸热
A AL AR p1S1l1 p2S2l2 p1V1 p2V2
Q0
U 2 U1 p1V1 p2V2 即: U1 p1V1 U 2 p2V2
即H1 H 2
绝热节流过程前后的焓不变
引入焦汤系数描述
U U (T )
CV
(
U T
)V
dU dT
dU CV dT
CV CV ,m ,
CV ,m
dU m dT
U U0
T T0
CV
dT
dU CV ,mdT
T
U U0 T0 CV ,mdT
H U pV U (T ) vRT
《大学物理》热力学基础练习题及答案解析

《大学物理》热力学基础练习题及答案解析一、简答题:1、什么是准静态过程?答案:一热力学系统开始时处于某一平衡态,经过一系列状态变化后到达另一平衡态,若中间过程进行是无限缓慢的,每一个中间态都可近似看作是平衡态,那么系统的这个状态变化的过程称为准静态过程。
2、从增加内能来说,做功和热传递是等效的。
但又如何理解它们在本质上的差别呢?答:做功是机械能转换为热能,热传递是热能的传递而不是不同能量的转换。
3、一系统能否吸收热量,仅使其内能变化? 一系统能否吸收热量,而不使其内能变化?答:可以吸热仅使其内能变化,只要不对外做功。
比如加热固体,吸收的热量全部转换为内能升高温度;不能吸热使内能不变,否则违反了热力学第二定律。
4、有人认为:“在任意的绝热过程中,只要系统与外界之间没有热量传递,系统的温度就不会改变。
”此说法对吗? 为什么?答:不对。
对外做功,则内能减少,温度降低。
5、分别在Vp-图、Tp-图上,画出等体、等压、等温和绝热过程的曲线。
V-图和T6、 比较摩尔定体热容和摩尔定压热容的异同。
答案:相同点:都表示1摩尔气体温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
不同点:摩尔定体热容是1摩尔气体,在体积不变的过程中,温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
摩尔定压热容是1摩尔气体,在压强不变的过程中,温度升高1摄氏度时气体所吸收的热量。
两者之间的关系为R C C v p +=7、什么是可逆过程与不可逆过程答案:可逆过程:在系统状态变化过程中,如果逆过程能重复正过程的每一状态,而且不引起其它变化;不可逆过程:在系统状态变化过程中,如果逆过程能不重复正过程的每一状态,或者重复正过程时必然引起其它变化。
8、简述热力学第二定律的两种表述。
答案:开尔文表述:不可能制成一种循环工作的热机,它只从单一热源吸收热量,并使其全部变为有用功而不引起其他变化。
克劳修斯表述:热量不可能自动地由低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
9、什么是第一类永动机与第二类永动机?答案:违背热力学第一定律(即能量转化与守恒定律)的叫第一类永动机,不违背热力学第一定律但违背热力学第二定律的叫第二类永动机。
大学物理热力学

02
数学表达式为:不可能通过有限个步骤将一个单一 热源的热量全部转化为机械功而不产生其他影响
04
此外,热力学第二定律还揭示了机械能与内能之间 的转化是不可逆的,即机械能可以完全转化为内能, 而内能不能完全转化为机械能而不产生其他影响
5
卡诺循环与卡 诺定理
卡诺循环与卡诺定理
01
02
卡诺循环是由法国物理学家 卡诺提出的一种理想化循环 过程,包括四个步骤:等温 膨胀、绝热膨胀、等温压缩 和绝热压缩
1
热力学的基本 概念
热力学的基本概念
热力学的基本概念包括系 统、状态、过程和循环等
系统是指研究对象的整体, 可以是气体、液体、固体
等
状态是指系统在某一时刻 的宏观物理量,如温度、
压力、体积等
过程是指系统状态的变化 历程,可以分为等温过程、
等压过程、绝热过程等
循环是指系统经过一系列 状态变化后又回到初始状
此外,热力学还在航天工 程、材料科学等领域得到
应用
11
热力学与其他 学科的联系
热力学与其他学科的联系
热力学与其他学科有着密切的 联系
例如,热力学与统计力学的关 系密切,统计力学从微观角度 研究物质的热力学性质,提供
了对热现象的微观描述
此外,热力学与电动力学也有 一定的联系,如电磁场的能量 和动量等物理量可以与热力学 中的熵和温度等概念相对应
12
未来展望
未来展望
随着科学技术的发展,热力学的研究和应用将 不断深入和扩展
例如,随着能源问题的日益严重,热力学在能 源利用和环境保护方面的应用将更加广泛;随 着纳米技术的发展,热力学在纳米材料和纳米 器件方面的应用将更加深入;随着气候变化和 环境问题的日益严重,热力学在地球科学和环 境科学方面的应用将更加重要
大学物理 热力学基础详解

§ 3 气体的摩尔热容量
热容量:
(简称热容) 表示升高1K所吸收的热量
dQ C dT
(JK-1)
摩尔热容Cm :当物质的量为1 mol 时的热容。 单位: (Jmol -1 K-1) 比热C比:当物质的量为 1 kg 时的热容。
C MC比
M C Cm M mol
单位: (J kg-1 K-1 )
(1)
理想气体状态方程 对其微分得:
M RdT PdV VdP M mol
M PV RT M mol
(2)
联立(1)、(2),得:
M PV const 将 与 PV RT 联立得: M mol
dP dV 0 P V
-1
PV const. ( 3)
(4)
V
T=const .
√ (C) -700J
(D) 1000J
1
e
c b
思路: Ta =Tb
Vb Va Vb Va
0 1 4 Eab 0
Va
V(10-3m3)
Qab Aab PdV
Vd
Eacbda 0
Qacbda Aacbda PdV PdV 500 - 1200( J )
-
P
-1
T =const . ( 5 )
(3)、(4)、(5)式称为绝热方程 (或泊松公式)。
注意:式中的各常数不相同!!!
绝热线比等温线陡 (1)、等温:PV=const
0 (2)、绝热: PV const
PA dp A点的斜率: dV VA a
PA dp A点的斜率: VA dV T
i2 Q A 2
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.
大学物理各章主要知识点总结

05
第五章:电磁场的基本规律
静电场
1 2
静电场的定义
电荷在空间中激发的电场,静止电荷的电场称 为静电场。
静电场的性质
高斯定理、环路定理、电场力的性质、电容和 电场的能量。
3
静电场的应用
静电场中物体的平衡、静电屏蔽、电容器的充 放电等。
恒定磁场
恒定磁场的定义
电流在空间中产生的磁场,恒定磁场与时间 无关。
开尔文表述
不可能制成一种循环动作的热机,从单一热源取 热,使之完全变为功而不引起其它变化。
卡诺循环
01
02
03
卡诺循环
卡诺循环是一种理想的热 机循环,它由两个等温过 程和两个绝热过程组成。
卡诺循环的效率
卡诺循环的效率是所有热 机效率的最高值,它等于 两个热源温度之比。
卡诺机的效率
卡诺机的效率是所有热机 效率的最高值,它等于两 个热源温度之比。
大学物理各章主要知识点总结
xx年xx月xx日
contents
目录
• 第一章:力和运动 • 第二章:能量与动量 • 第三章:振动与波 • 第四章:热力学基础 • 第五章:电磁场的基本规律 • 第六章:波动光学 • 第七章:量子物理基础 • 第八章:相对论力学基础
01
第一章:力和运动
动力学基本概念
力的概念
力是物体间的相互作用,具有 大小、方向和作用点三个要素
。
牛顿运动定律
牛顿运动定律是描述物体运动和 作用力关系的定律,包括惯性定 律、运动定律和作用与反作用定 律。
力的分类
根据力的作用方式,力可分为保守 力和非保守力;根据力的作用效果 ,力可分为汇交力和张力。
牛顿运动定律
惯性定律
热力学的基本概念和定律

● 04
第四章 熵和熵增原理
熵的概念和特点
01 熵的物理意义和计算方法
探讨熵的实际意义和计算方式
02 熵在热力学系统中的应用
分析熵在系统中的作用和应用场景
03
熵增原理的表述
熵增原理的数学表 达式和物理意义
介绍熵增原理的数学公式 解释熵增原理的物理意义
熵增原理与热力学 第二定律的关系
探讨熵增原理与第二定律 的联系 分析两者之间的关联和区 别
内能变化计算方法
内能变化可以通过系统吸 收的热量和对外做的功来 计算,ΔU = Q - W。内能 的改变直接反映了系统所 进行的热量和功的转化情 况。
在工程实践中的应 用
热力学第一定律在工程实 践高效 能量系统等。工程师们经 常利用热力学第一定律来 解决能量转化和利用方面 的问题。
01 热平衡
系统与周围没有温度差
02 热力学平衡
系统内部各部分达到平衡状态
03
热力学过程
绝热过程
没有热量交换 系统内无外界影响
等温过程
温度恒定 在可逆条件下进行
等容过程
体积恒定 一般是理想气体的压缩膨 胀
绝热过程
没有熵交换 系统内无耗散
热力学的基本概 念
热力学是研究能量转 化和工作关系的科学。 热力学主要研究热、 功和能量之间的关系, 包括热力学系统的分 类以及热平衡和热力 学平衡的概念。
● 02
第2章 热力学第一定律
热力学第一定律 的表述
热力学第一定律是能 量守恒的基本表达形 式,数学上可以表示 为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。这个 定律揭示了热量和功 之间的关系,是热力 学基本定律之一。
大学物理热力学基础知识点及试题带答案

热力学基础一、基本要求1. 理解功、热量及准静态过程的概念。
2. 掌握热力学第一定律,能分析计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量;理解循环过程概念及卡诺循环的特征,并能计算效率和致冷系数。
3. 了解可逆过程、不可逆过程及卡诺定理。
4. 了解热力学第二定律及其统计意义。
二、主要内容1. 准静态过程:过程进行的每一时刻,系统的状态都无限接近平衡态。
准静态过程可以用状态图上的曲线表示。
2. 热力学第一定律(1) 热力学第一定律的数学表达式Q=E 2 - E 1 +W对微分过程为dQ=dE +d W热力学第一定律的实质是能量守恒与转换定律在热现象中的应用,其内容表示系统吸收的热量一部分转换为系统的内能,一部分对外做功。
(2) 准静态过程系统对外做功:d W=pd V ,W=⎰12V V pd V(3) 热量:系统和外界之间或两个物体之间由于温度不同而交换的热运动量,热量也是过程量。
一定摩尔的某种物质,在某一过程中吸收的热量,)(C m12m c,T T M Q -=(4) 摩尔热容:1mo1物质温度变化1K 所吸收或放出的热量,定义式为 dTQd m,=m c C 其中m 为1mo1 物质吸热。
摩尔定容热容:CV , m =摩尔定压热容:Cp, m =理想气体的摩尔热容:CV, m =,Cp, m =Cp, m =CV, m + 摩尔热容比:=3. 热力学第一定律对理想气体等值过程和绝热过程的应用,详见表1 表1 d =0 =恒量=恒量p =恒量mmmM m T1nMm T1nCV, m =Cp, m =4. 循环过程(1)循环过程的特征是E =0热循环:系统从高温热源吸热,对外做功,向低温热源放热,致效率为== 1—致冷循环:系统从低温热源吸热,接受外界做功,向高温热源放热,致冷系数为==(2)卡诺循环:系统只和两个恒温热源进行热交换的准静态循环过程。
卡诺热机的效率为= 1—卡诺致冷机的致冷系数为三、习题与解答1、 如图所示,一定量的空气,开始在状态A ,其压强为2.0×105Pa ,体积为2.0 ×10-3m 3 ,沿直线AB 变化到状态B 后,压强变为1.0 ×105Pa ,体积变为3.0 ×10-3m 3 ,求此过程中气体所作的功.解 S ABCD =1/2(BC +AD)×CD 故 W =150 J2、 汽缸内储有2.0mol 的空气,温度为27 ℃,若维持压强不变,而使空气的体积膨胀到原体积的3倍,求空气膨胀时所作的功. 解 根据物态方程11RT pV v =, 则作功为()J 1097.92231112⨯===-=RT pv V V p W v3、64g 氧气(可看成刚性双原子分子理想气体)的温度由0℃升至50℃,〔1〕保持体积不变;(2)保持压强不变。
大学物理热力学的基本概念与热平衡定律解释

大学物理热力学的基本概念与热平衡定律解释热力学是研究物质的热现象与能量转化规律的学科,在自然科学中具有重要的地位。
热力学的研究对象包括热力学系统、热力学性质以及热力学定律等内容。
本文将介绍热力学的基本概念,并重点解释其中的热平衡定律。
一、热力学的基本概念1. 热力学系统:热力学系统是指研究对象,它可以是一个物体、一组物体或者一个空间范围内的物质。
热力学系统可以分为封闭系统、开放系统和孤立系统等不同类型。
2. 热力学性质:热力学性质是指描述热力学系统状态的物理量,如温度、压强、体积、内能等。
这些性质的变化可以通过热力学过程来描述,例如等温过程、绝热过程等。
3. 热力学定律:热力学定律是指总结和归纳得出的描述热力学现象和规律的定律,如热力学第一定律、热力学第二定律等。
二、热平衡定律的解释热平衡定律是热力学第零定律,它是热力学研究的基础。
热平衡定律的核心概念是热平衡,即两个物体之间不存在热量的净交换。
如果两个物体之间达到了热平衡,它们的温度是相等的。
反之,如果两个物体温度不相等,它们之间会发生热量的传递,直到达到热平衡为止。
热平衡定律可以用以下实例来解释。
假设有两个热力学系统A和B,它们之间没有物质交换,只能通过热交换来达到热平衡。
当A和B接触时,它们会发生热量的交换,直到两个系统的温度相等,称为热平衡状态。
在热平衡状态下,系统A和B的内能之和保持不变,即热平衡状态是一种稳定的状态。
根据热平衡定律,我们可以得出一个重要的推论:如果一个物体与另外两个物体都达到了热平衡,那么这两个物体之间也一定达到了热平衡。
这种传递性质使得热平衡成为一个具有普适性的概念,在热力学的研究中具有重要的应用。
总结起来,热力学的基本概念包括热力学系统、热力学性质和热力学定律。
热平衡定律是热力学研究的基石,它描述了热力学系统中热量传递的规律。
根据热平衡定律,我们可以判断系统是否处于热平衡状态,并通过热平衡状态来描述系统的特性。
热平衡定律的解释为我们理解和应用热力学提供了基础。
复旦大学大学物理 2-5 第5章 热力学第二定律和第三定律

热量从高温自动传向低温物体的过程是不可逆的. 自由膨胀的过程是不可逆的。 一切自发过程都是单方向进行的不可逆过程。
墨水在水中的扩散
过程不可逆的因素 不平衡和摩擦等耗散因素的存在,是导致过程不可逆的原因。 如气体的自由扩散是由密度或压强不平衡引起的,热传导是由 温度不平衡引起的,功转换为热是由于做功过程中存在摩擦阻力 等耗散因素
S 2 S1
p 1
可逆
b
2
1
dQ T
dQ T
o
a 2 V
S 2 S1
可逆
2
1
dQ T
例如理想气体准静态绝热过程 对于微小过程 由热力学第一定律
综合了热力学第一、第二定律的可逆过程的基本 热力学关系式。
二、熵的计算
1. 熵是态函数 2. 熵是广延量 3. 对可逆过程
S 2 S1
b — c 绝热膨胀
效率与S无关,说明相同 高低温热源之间所有可逆卡 诺循环效率都相同!
c — d 等温压缩 d — a 绝热压缩
[例 ] 设一卡诺机工作于高低温热源之间(T1,T2), 求每次循环工作物质和两热源这个系统的熵变。
为什么? 工作物质 两热源 负号
[例] 循环ABCDEFA, 等温:AB,CD,EF
功热转换过程具有方向性。
•实际热力学过程中传热、作功都是在有限温差和压强 差下发生的,同时各种摩擦和损耗又不可避免,所以 一切实际热力学过程都是不可逆过程!
§5.1 热力学第二定律
热力学过程必须满足能量守恒,即必须满 足热力学第一定律,但是满足热力学第一 定律的过程是否就一定能实现?
高温热源T1 Q1 A Q2 低温热源T2
第二类永动机
二、热力学第二定律
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绝热线比等温线更陡。
dV S
V
膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快
p 例:1mol单原子理想气体,由状态
a(p1,V1)先等压加热至体积增大 2p1
c
一倍,再等容加热至压力增大
一倍,最后再经绝热膨胀,使 其温度降至初始温度。如图,
p1
ab
试求: ( 1)状态d的体积Vd;
(2)整个过程对外所作的功; (3)整个过程吸收的热量。
V3 V4 V2 V1
c
1 T2 T1
说明:
c
1
T2 T1
(1)完成一次卡诺循环必须有温度一定的高温 和低温热源
(2)卡诺循环的效率只与两个热源温度有关
(3)卡诺循环效率总小于1
(4)在相同高温热源和低温热源之间的工作的 一切热机中,卡诺循环的效率最高。
卡诺制冷机 逆向卡诺循环反映了制冷机的工 作原理,其能流图如图所示。
V1 2V1
d V
Wab p1(2V1 V2 ) p1V1
Wbc 0
Wcd
Ecd
Cv (Tc
Td )
3 2
R(4Ta
Ta )
9 2
RTa
9 2
p1V1
11 W Wab Wbc Wcd 2 p1V1
(3)计算整个过程吸收的总热量p有两种方法
方法一:根据整个过程吸 2p1
c
收的总热量等于各分过程
p
1 Q1 2 T1
4
Q2
3 T2
o V1 V4 V2 V3 V
c
T2 T1 T2
例 1mol氧气作如图所示的循环.求循环效率.
解:
Qab C p (Tb Ta )
p
Q ab
a
b
Qbc CV (Tc Tb )
p0
Qca
RTc
ln
V0 2V0
0
等 温
Q ca
Q bc
c
V0 2V0 V
1 Q2 1 CV (Tb Tc ) RTc ln 2
Q1
C p (Tb Ta )
1 CV (2Tc Tc ) RTc ln 2 2 2ln 2 18.7%
C p (2Tc Tc )
i2
5.实际热机和制冷机
电冰箱
冷却水
蒸发器 冷库
C--毛细节流阀 B--冷凝器 D--冷库 E--压缩机
原理: 电动压缩泵将致冷剂(氟里昂)压缩成高温
W dW V2 pdV V1
dV 0, dW 0, 系统对外作正功;
dV 0,dW 0, 系统对外作负功; dV 0,dW 0, 系统不作功。
2、体积功的图示
p
I•
b
p
a
• II
W V2 pdV V1
由积分意义可知,功的大小等 于P—V 图上过程曲线p(V)下 的面积。
o V1 V V dV V2 V
T1 )
三、热力学第一定律
某一过程,系统从外界吸热 Q,对外界做功 W,
系统内能从初始态 E1变为 E2,则由能量守恒:
规定
Q (W ) E Q E W
热力学第一定律 的普遍形式
Q>0,系统吸收热量;Q<0,系统放出热量; W>0,系统对外作正功;W<0,系统对外作负功;
E>0,系统内能增加,E<0,系统内能减少。
E CV T
dQ dE pdV p 1
2. 等压过程 p=恒量
2
(dQ) p dE pdV
O V1
V2 V
Q p
E2 E1
i 2
R(T2
V2 V1
T1 )
pdVR(T22iT1R)(T2( 2iTR1 )
p(V2
R)(T2
V1 )
T1 )
pV RT
等压过程中系统吸收的热量一部分用来增加 系统的内能,一部分用来对外做功。
摩尔物质吸收的热量
Q
Cm (T2
T1 )
M M mol
Cm (T2
T1 )
摩尔热容Cm和热量 Q 均为过程量
定容摩尔热容
CV
(dQ)V dT
Q Cv (T2
T1 )
M M mol
Cv (T2
T1 )
定压摩尔热容
Cp
(dQ) p dT
Q
C p (T2 T1 )
M M mol
C p (T2
气体绝热自由膨胀
Q=0, W=0,△E=0 气体
真空
p
绝热线与等温线比较
等温 pV C
pdV Vdp 0
dp p dV T V
绝热 pV C
pV 1 V dp 0
pA PS PT
A
等温线
V 绝热线
o
VA
V
dp dp dV S A dV T A
dp p
工质把从低温热源吸收的热量Q2和外界对 它所作的功W以热量的形式传给高温热源Q1.
高温热源T1
p
W
工质
Q1
Q1 W Q2
1 Q1 2 T1
4
Q2
3 T2
Q2
低温热源T2
o V1 V4 V2 V3 V
Q2
RT2
ln
V3 V4
Q1
T1
ln
V2 V1
V3 V4 V2 V1
致冷系数
c
Q2 Q1 Q2
第五章 热力学基础
5-1热力学第一定律
热力学系统(热力学研究的对象): 大量微观粒子(分子、原子等)组成的宏观物体。 外界:热力学系统以外的物体。 系统分类(按系统与外界交换特点):
孤立系统:与外界既无能量又无物质交换 封闭系统:与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统:与外界既有能量交换又有物质交换
a
Q1
b
W
d
c
Q2
V1
V2 V
Q净 Q1 Q2 Q净 W 0
正循环过程是将吸收的热量中的一部分Q净转化为 有用功,另一部分Q2放回给外界
正循环过程对应热机, 逆循环过程 对应致冷机。
蒸汽机
A-高温热源 B-锅炉 C-泵 D-气缸 E-低温热源
工作过程: 水在锅炉内加热,产生高温高压气体(吸热过程), 进入气缸; 推动活塞对外作功(内能减少),之后 进入冷凝器(向低温热源放热),尔后通过泵将水 压入锅炉,进入第二循环…...。
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。
p-V图上,一点代表一个 p
平衡态,一条连续曲线代
I ( p1,V1,T1)
•
表一个准静态过程。 这条曲线的方程称为过程方程,
准静态过程是一种理想的极限。o
•
II ( p2,V2,T2 )
V
二. 内能、功和热量 热力系的内能: 所有分子热运动的动能和分子间势能的总和, 系统的内能是状态量,是热力系状态的单值函数。
一、准静态过程
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
例:推进活塞压缩汽缸内的气体时,气
体的体积,密度,温 度
或压强都将变化,在过
程中的任意时刻,气体
各部分的密度, 压强,
温度都不完全相同。
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无限接近于一个平衡态的过程。
T=恒量,dT=0,dE=0。
p2
QT WT
pV RT O V1
WT
pdV RT V2 dV RT ln V2
V V1
V1
QT
RT ln V2
V1
RT ln
p1 p2
.II
V2 V
等温过程中系统吸收的热量全部转化为对外 做功,系统内能保持不变。
4. 绝热过程
绝热过程:系统不与外界交换热量的过程。
5-2 热力学第一定律对理想气体的应用
一、四个基本过程
1.等容过程 dQ dE pdV p b T2
V=恒量,dV=0,dW=pdV=0,
(dQ)V
dE
i 2
RdT
0 a T1 V
QV
E2
E1
i 2
R(T2
T1 )
E i RT
2
则定容摩尔热容为
CV
(dQ)V dT
iR 2
E CVT
p
12:与温度为T1的高温热源
接触,T1不变, 体积由V1膨胀 到V2,从热源吸收热量为:
1 Q1 2 T1
4
Q2
3 T2
Q1
RT1
ln
V2 V1
o V1 V4 V2 V3 V
23:绝热膨胀,体积由V2变到V3,吸热为零。
34:与温度为T2的低温热源接触,T2不变,体积由V3
压缩到V4,从热源放热为:
对无限小过程
热力学第一定律
dQ dE dW 的普遍形式
对于准静态过程,如果系统对外作功是通过体积 的变化来实现的,则
Q E V2 pdV dQ dE pdV V1
热力学第一定律另一表述: 制造第一类永动机(能对外不断自动作功而不需 要消耗任何燃料、也不需要提供其他能量的机器) 是不可能的。
2.热机效率
热机:通过工质使热量不断转换为功的机器。 实用上,用效率表示热机的效能以表示
P a
Q1
b
热机效率: (efficiency)
W
d
c
W Q1 Q2 1 Q2
Q1
Q1
Q1
Q2
o V1
V2 V
3.致冷系数 工质把从低温热源吸收的热量和 外界对它所作的功以热量的形式 传给高温热源,其结果可使低温 热源的温度更低,达到制冷的目 的。吸热越多,外界作功越少, 表明制冷机效能越好。