热学 第二章习题课 大学物理热学部分PPT
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大学物理(第三版)热学 第二章
一、 理想气体的微观图象
1. 质点 P nkT P 0
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 f=0
范德瓦耳斯力(简称：范氏力)
f
斥力
合力
r0
O
s
10 -9m r
d
引力
分子力
气体之间的距离
r 8r0 引力可认为是零 可看做理想气体
第3步：dt时间内所有分子对dA的冲量
dI dIi ix 0
1 2
i
dIi
nimi2xdtdA
i
dIi
2ni mi2xdtdA
第4步：由压强的定义得出结果
P
dF dA
dI dtdA
i
ni
m
2 ix
i dA
ixdt
P
dF dA
dI dtdA
2. 气体分子的自由度
单原子分子 双原子分子 多原子分子
i3 i5 i6
二、 能量按自由度均分原理 条件：在温度为T 的平衡态下 1.每一平动自由度具有相同的平均动能
1 2
kT
1 3
3 2
kT
1 2
m
1
3
2
1 2
m
2 x
1 2
m
2 y
1 2
m
2 z
每一平动自由度的平均动能为 1 kT
2
2.平衡态 各自由度地位相等
每一转动自由度 每一振动自由度也具有 与平动自由度相同的平均动能 其值也为 1 kT
大学物理化学经典课件-3-热力学第二定律
05 热力学第二定律在工程技 术中应用
工程技术中不可逆过程分析
不可逆过程定义
在工程技术中，不可逆过 程指的是系统与环境之间 进行的无法自发逆转的能 量转换过程。
不可逆过程分类
根据能量转换形式，不可 逆过程可分为热传导、热 辐射、摩擦生热、化学反 应等多种类型。
不可逆过程影响
不可逆过程导致能量损失 和熵增加，降低系统能量 利用效率，并对环境造成 负面影响。
06 总结与展望
热力学第二定律重要性总结
热力学第二定律是自然界普遍适用的基本规律之一，它揭示了热现象的方向性和不可逆性，为热力学 的研究和应用提供了重要的理论基础。
热力学第二定律在能源转换和利用、环境保护、生态平衡等领域具有广泛的应用价值，对于推动可持续 发展和生态文明建设具有重要意义。
热力学第二定律的研究不仅深入到了热学、力学、电磁学等物理学各个领域，还拓展到了化学、生物学、 医学等其他自然科学领域，为多学科交叉研究提供了重要的桥梁和纽带。
提供了判断热过程进行方向的标准
根据热力学第二定律，可以判断一个热过程是否能够自发进行。如果一个热过程能够自发进行，那么它必须满足热力 学第二定律的要求。
为热力学的发展奠定了基础
热力学第二定律是热力学的基本定律之一，为热力学的发展奠定了基础。它揭示了热现象的本质和规律， 为热力学的研究和应用提供了重要的理论支持。
应用举例
在化学反应中，如果反应物和生成物处于同 一温度，则自发进行的反应总是向着熵增加 的方向进行。例如，氢气和氧气在点燃条件 下可以自发反应生成水，该反应的熵变小于
零，因此是一个自发进行的反应。
熵产生原因及影响因素
要点一
熵产生原因
熵的产生与系统的不可逆性密切相关。在不可逆过程中， 系统内部的微观状态数增加，导致系统的无序程度增加， 即熵增加。
大学物理热学ppt课件
一级相变与二级相变的区别
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。
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
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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。
大学物理热学第二章_(热平衡态的统计分布律)
即: p 2
思考: f()
3kBT
m O p
f()
m m'
2
O 1 2 O
31
第二章 热平衡态的统计分布律
说明 一般三种速率用途各不相同
• 讨论速率分布一般用 v p
• 讨论分子的碰撞次数用v
• 讨论分子的平均平动动能用 v 2
dN 仅是 的函数.
Nd
f(v)
•曲线下面的总面积，等于分
布在整个速率范围内所有各个
速率间隔中的分子数与总分子 O
数的比率的总和
f (v )dv 1
(归一化条件)
0
26
第二章 热平衡态的统计分布律
(2) 不同气体, 不同温度下的速率分布曲线的关系
由于曲线下的面积不变,由此可见 ① m 一定,T 越大, v p 越大, 这时曲线向右移动 ② T 一定, m 越大, v p 越小, 这时曲线向左移动
f(v) T1
f(v) m2(> m1)
T2(> T1)
m1
O v p1 v p2
v O v p2 v p1
v
27
第二章 热平衡态的统计分布律
三. Maxwell速率分布律的实验验证
➢与实验曲线相符密勒－库士实验：
1. 实验装置 2. 测量原理 (1) 能通过细槽到达检测器 D
的分子所满足的条件
v L
又
dN (vx ,vy ) N
f (vx )dvx f (v y )dvy f (vx ,v y )dvxdvy
dN (vx ,v y ) N
所以 f (vx ,vy ) f (vx ) f (vy )
同理可得，在三维空间 f (vx ,vy ,vz ) f (vx ) f (vy ) f (vz2)2
思考: f()
3kBT
m O p
f()
m m'
2
O 1 2 O
31
第二章 热平衡态的统计分布律
说明 一般三种速率用途各不相同
• 讨论速率分布一般用 v p
• 讨论分子的碰撞次数用v
• 讨论分子的平均平动动能用 v 2
dN 仅是 的函数.
Nd
f(v)
•曲线下面的总面积，等于分
布在整个速率范围内所有各个
速率间隔中的分子数与总分子 O
数的比率的总和
f (v )dv 1
(归一化条件)
0
26
第二章 热平衡态的统计分布律
(2) 不同气体, 不同温度下的速率分布曲线的关系
由于曲线下的面积不变,由此可见 ① m 一定,T 越大, v p 越大, 这时曲线向右移动 ② T 一定, m 越大, v p 越小, 这时曲线向左移动
f(v) T1
f(v) m2(> m1)
T2(> T1)
m1
O v p1 v p2
v O v p2 v p1
v
27
第二章 热平衡态的统计分布律
三. Maxwell速率分布律的实验验证
➢与实验曲线相符密勒－库士实验：
1. 实验装置 2. 测量原理 (1) 能通过细槽到达检测器 D
的分子所满足的条件
v L
又
dN (vx ,vy ) N
f (vx )dvx f (v y )dvy f (vx ,v y )dvxdvy
dN (vx ,v y ) N
所以 f (vx ,vy ) f (vx ) f (vy )
同理可得，在三维空间 f (vx ,vy ,vz ) f (vx ) f (vy ) f (vz2)2
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
21
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
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化学组成（定组成定律）： M=M1+M2+M3+ …… 混合气体的分子组分，分子数目： N=N1+N2+N3+……
E，D B，H
因为N等很大, 通常用NA=6.022×1023 做他们的单位，称摩尔量（数）。
NNAMM A
. 123......
各组分分子的质量（分子量）：m1 M N11,
m2
M2 N2
B B’
B B
A物体 （平衡态A’）
（ 平
C物体 （平衡态C’）
衡物
态体
热接触）
热平衡态的传递性：如果A与B互相平衡， B与C互相平衡，那么一 定有A与C也互相平衡。（热力学第零定律）
A与B互相平衡的意思是：虽然热接触允许它们之间作热交换，但它们间实际上
.
已没有热交换发生。
引入温度的目的：如何判断平衡系统A、B是否互为平衡的， 相差多远，如让
PVR or
T
. PVRT
仔细的测量显示，气体越稀薄（n越小），它们的近似程度越好。
n 0 现在人们相信它们只在
的极限下才可能严格成立。
当然这只是一个理想的极限，实际情况总会有些偏 差。 因此这个状态方程被称为理想气体状态方程。
。
当密度较大时，与理想气体状态方程的偏离会很大 。 这时应该寻找它的改善办法
，且只能描述平均行为，无法描述涨落）
▲ 统计力学（statistical mechanics）（微观方法）
对微观结构提 统计方法 出模型、假设
热现象规律
特点：可揭示本质，描述涨落，但受模型
局限。
.
热力学系统的各种分类 按系统与外界交换特点分： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换的系统 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换的系统 绝热系统：与外界没有热量交换的系统
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contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
contents
目录
• 热学基本概念与原理 • 气体动理论与统计规律 • 热传导、对流与辐射传热方式 • 相变与相平衡原理及应用 • 热力学循环与制冷技术基础 • 热学实验方法与技巧分享
01
热学基本概念与原理
温度与热量定义
温度
表示物体冷热程度的物理量，是物体 分子热运动的平均动能的标志。
气体分子运动论的假设
01
分子是不断运动的，分子间存在相互作用力，分子间碰撞是弹
性的。
气体分子的热运动
02
描述气体分子的热运动特征，如分子的平均速率、方均根速率
等。
气体分子的速率分布
03
介绍气体分子速率分布函数的物理意义，以及麦克斯韦速率分
布律的内容和应用。
气体分子碰撞与能量交换
气体分子的碰撞
分析气体分子间的碰撞过程，包括弹性碰撞和 非弹性碰撞。
数学表达式
ΔU=Q+W，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收 的热量，W表示外界对系统做的功。
热力学第二定律
内容
不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源 取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微 增量总是大于零。
数学表达式
对于可逆过程，有dS=(dQ/T)；对于不可逆过程，有dS>(dQ/T)，其中S表示熵 ，T表示热力学温度。
利用统计规律研究气体分子的热 运动特征、速率分布、碰撞频率 等问题。
03
统计规律与热力学 第二定律的关系
探讨统计规律与热力学第二定律 之间的联系和区别，以及它们在 描述自然现象方面的互补性。
03
热传导、对流与辐射传热 方式
大学物理热力学基础习题与解答 PPT
QAB
m M
CP (TB
TA )
8 V/m3
5 2
( pBVB
p AVA )
14.9 105 J
全过程：Q QBC QAB 14.9 10 5 J 由图得， TA TC
E 0
W Q E 14.9105 J
3. 图所示，有一定量的理想气体，从初状态 a
3 4
ln
4
p1V1
净热量为
Q
W
3 4
ln
4
p1V1
4. 设燃气涡轮机内的理想气体作如图所示的循环过程， 其中 1 2 ，3 4 为绝热过程；2 3 ，4 1 为 等压过程，证明此循环的效率为
1
1 p1 p2
解：在等压过程中吸热为
T3
p2
由上述二式得： T1 T4 T4 T1 T2 T3 T3 T2
从而证得循环的效率为
1
1 T1
T2
1
p1 p2
[B ]
8. 如图，一卡诺机由原来采用循环过程 a b c d a
改为采用循环过程 ab' c' da ，则循环过程 的
（A）净功增大，效率提高； （B）净功增大，效率降低； （C）净功和效率都不变； （D）净功增大，效率不变
Wabcd Wab'c' d
1 T2
T1
[D]
p a
b b
E E3 E4 1246 .5 J
2. 一定量的单原子分子理想气体，从A态出发经过等压过 程膨胀到B态，又经过绝热过程膨胀到C态，如图所示。 试求这全过程中，该气体对外所做的功、内能的增量以及 吸收的热量。
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02 热学基础概念
温度与热量
温度
描述物体冷热程度的物理量，是 分子热运动剧烈程度的反映。常 用的温度单位有摄氏度、华氏度 和开尔文。
热量
在热传递过程中，传递内能的量 ，单位是焦耳。热量总是从高温 物体传递到低温物体，或者从物 体的高温部分传递到低温部分。
内能与熵
内能
物体内部所有分子热运动的动能和 分子势能的总和，单位是焦耳。内能 是状态函数，只与温度和体积有关。
详细描述
在等压过程中，系统对外界做功的同时，会从外界吸收热量。由于系统压力恒定，可以通过物质的进 出和外界对系统做功来改变系统体积和内能。等压过程在工业上应用广泛，如蒸汽机、汽轮机等。
等容过程
总结词
等容过程是系统体积保持恒定的过程。
VS
详细描述
在等容过程中，系统只发生物质的进出， 不发生对外界做功或外界对系统做功的情 况。由于系统体积恒定，内能变化等于系 统吸收或放出的热量。等容过程在化学反 应中常见，如燃烧、爆炸等反应过程中物 质体积基本保持不变。
05 热学实验
温度测量实验
总结词
掌握温度的测量方法
详细描述
通过实验了解温度的概念，掌握温度计的使用方法，了解各种温度计的工作原 理，如水银温度计、热电偶温度计等。
热力学第二定律的验证实验
总结词
理解热力学第二定律的实质
详细描述
通过实验观察热量自发传递的方向，理解热量不可逆传递的实质，掌握热力学第二定律 的基本概念。
03
制冷方式
根据实现制冷的方法不同，可以分为压缩式制冷、吸收式制冷和吸附式
制冷等。
热电效应
热电效应概述
热电效应是指由于温度差异引起的电势差现象， 主要有塞贝克效应、皮尔兹效应和汤姆逊效应三 种。热电效应在能源转换、测温等领域有重要应 用。
热学第二章ppt大学物理
2
dI
= nm vx = nm v 2 =
1
2 1 2 2 3 n( 2 m v ) = 3 n t
(因为宏观量P与微观量的统计平均值相联系)
公式成立的条件： 公式有待于实验的验证 ( 作了几条统计假设)
思考：推导过程中是否应考虑小柱体内，会有 r 速度为 vi 的分子被碰撞出来而未打到dA面上？
由理想气体模 型单原子分子 刚性双原子分 子除平动能,还 有转动能:
z
E=
1
2
mvx
2+ 1
2
1 2 mvy +
2
mvz2
1 2
平均动能 = 3
1
2
kT kT
每个平动自由度分配平均能
E转动 =
2 y
1
2
IX x2 +
1
2
IY
每个平动自由度分配平均能
1 2
kT
非刚性双原子分 振动自由度 = 1 子除平动能、转 每个振动自由度分配平均能 动,还有振动能: 1 2 倍于 2 kT
2. 对分子集体的统计假设 （a）什么是统计规律? 大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性。 例. 扔硬币,掷筛子 Ni = lim 定义: 某一事件 i 发生的概率为 Pi P i N N Ni ---- 事件 i 发生的 次数 N ---- 各种事件发生的 总次数 (b)统计规律有以下几个特点: （1）只对大量偶然的事件才有意义. （2）它是不同于个体规律的整体规律 (量变到质变). （3）总是伴随着涨落.
dN = Ce
dN' dx dy dz
- E p / kT
dxdydz
令 Ep =0 处 气体密度 n0
dI
= nm vx = nm v 2 =
1
2 1 2 2 3 n( 2 m v ) = 3 n t
(因为宏观量P与微观量的统计平均值相联系)
公式成立的条件： 公式有待于实验的验证 ( 作了几条统计假设)
思考：推导过程中是否应考虑小柱体内，会有 r 速度为 vi 的分子被碰撞出来而未打到dA面上？
由理想气体模 型单原子分子 刚性双原子分 子除平动能,还 有转动能:
z
E=
1
2
mvx
2+ 1
2
1 2 mvy +
2
mvz2
1 2
平均动能 = 3
1
2
kT kT
每个平动自由度分配平均能
E转动 =
2 y
1
2
IX x2 +
1
2
IY
每个平动自由度分配平均能
1 2
kT
非刚性双原子分 振动自由度 = 1 子除平动能、转 每个振动自由度分配平均能 动,还有振动能: 1 2 倍于 2 kT
2. 对分子集体的统计假设 （a）什么是统计规律? 大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性。 例. 扔硬币,掷筛子 Ni = lim 定义: 某一事件 i 发生的概率为 Pi P i N N Ni ---- 事件 i 发生的 次数 N ---- 各种事件发生的 总次数 (b)统计规律有以下几个特点: （1）只对大量偶然的事件才有意义. （2）它是不同于个体规律的整体规律 (量变到质变). （3）总是伴随着涨落.
dN = Ce
dN' dx dy dz
- E p / kT
dxdydz
令 Ep =0 处 气体密度 n0
大学物理热学课件
大学物理热学课件一、引言热学是大学物理课程的重要组成部分，主要研究物质的热现象、热运动及其规律。
通过对热学知识的学习，我们可以深入理解物质的热性质，掌握热能的转换与传递原理，为后续专业课程打下坚实的基础。
本课件将围绕热学的基本概念、理论和方法进行阐述，帮助同学们更好地理解和掌握热学知识。
二、热学基本概念1.温度：温度是表示物体冷热程度的物理量，常用单位为摄氏度（℃）、开尔文（K）等。
温度反映了物体分子热运动的激烈程度，温度越高，分子热运动越剧烈。
2.热量：热量是热能的一种表现形式，是指物体在热传递过程中，温度发生改变时，所吸收或释放的能量。
热量的单位为焦耳（J）。
3.热力学第一定律：热力学第一定律，又称能量守恒定律，表述为系统吸收的热量等于系统内能的增加与对外做功的代数和。
即：ΔU=QW，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示吸收的热量，W 表示对外做的功。
4.热力学第二定律：热力学第二定律表述为热量不能自发地从低温物体传到高温物体，而需要外界的能量输入。
热力学第二定律揭示了热现象的方向性，为热机的工作原理提供了理论基础。
三、热学基本理论1.热力学三大定律：热力学三大定律是热学理论的基础，包括热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。
热力学第三定律表述为在绝对零度（0K）时，所有纯净物质的完美晶体的熵为零。
2.热力学状态量与状态方程：热力学状态量包括温度、压力、体积等，它们可以确定系统的状态。
状态方程是描述系统状态量之间关系的方程，如理想气体状态方程：pV=nRT，其中p表示压力，V 表示体积，n表示物质的量，R表示气体常数，T表示温度。
3.热力学过程：热力学过程包括等温过程、等压过程、等体过程和绝热过程。
这些过程在热力学分析中具有重要意义，可以帮助我们理解和计算热现象。
4.热传导、对流与辐射：热传导是指热量通过物体内部的分子碰撞传递；对流是指热量通过流体的宏观运动传递；辐射是指热量以电磁波的形式传递。
大学物理课件：热力学第二定律
注意
1 热力学第二定律是大量实验和经验 的总结.
2 热力学第二定律开尔文说法与克劳 修斯说法具有等效性 . p237
3 热力学第二定律可有多种说法（气 体自由膨胀的不可逆性问题），每种说法都 反映了自然界过程进行的方向性 .
2 可逆过程与不可逆过程
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，这样的过程叫做可逆过程 .
RRTT2 1lnlnVV43VV12
B — C 绝热过程
T1V2 1 T2V3 1
D — A 绝热过程
T1V1 1 T2V4 1
V2 V3 V1 V4
卡诺致冷机（卡诺逆循环）
p
A Q1
T1 T2
高温热源T1
Q1
T1 B
卡诺致冷机 W
W
o
D
Q2 T2
C
V
Q2
低温热源T2
卡诺致冷机致冷系数
e Q2 T2 Q1 Q2 T1 T2
25% 8%
pA
c
W
高温热源
Q1
d
B
致冷机 W
o VA
Q2
VB V
低温热源
致冷机致冷系数 e Q2 Q2 W Q1 Q2
冰箱循环示意图
3 卡诺循环
1698年萨维利和1705年纽可门先后发 明了蒸汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进行了重大改进 ，大大提高了 效率 .
( p2,V2,T )
绝热自由膨胀过程是不可逆的 .
热力学第二定律的实质
自然界一切与热现象有关的实际宏观过
程都是不可逆的 . ➢ 热功转换 功
有序
完全 不完全 自发
大学物理(热学) 课件演示课件.ppt
Hydrogen under STP m 3.331027 kg n p kB T 2.68 1025 m3 v 8kB T 1.69 103 m s m
1 2n
~ (2r)2 r = 1.12×10−10m
1.67 107 m
D 9.42 105 m2 s ,
x3e
0 x
v exp
2
dx
v2
vm2
v 2 dv
8kBT m
vm
2kBT 1.41 kBT
m
m
v 8kBT 1.59 kBT
m
m
vrms
3kBT 1.73 kBT
m
m
Jm
D
x
Transport phenomena
Heat transfer : conduction
1
dn N
1
dn N
C3
exp vx2 2 dvx 3
1 C exp vx2 2 dvx each normalized
1 C
exp
v
2 x
2
dvx
1
12
dn(vx , v y , vz )
N
N
vi2
ni N
v2
dn N
i
ni the number of molecules of vi
dn is the number of molecules in vx vx dvx
大学物理热力学第二定律(课件)
P
a Q1
1. a-d 2. d-c 3. c-b
绝热膨胀（降温）； 等温膨胀（吸热）； 绝热压缩（升温）；
b
4. b-a 等温压缩（放热）。
A
外界对系统作功，系统从低温
T1
热源吸热，向高温热源放热。
d
（冰箱的工作原理） c
Q2
T2
O
V
§4-3 循环过程
二、卡诺循环 2.卡诺致冷机 若将卡诺循环逆向进行就构成了卡诺致冷机
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
环过程。 如果循环过程中各个阶段都是准静态过程，这个循
环过程可以用p-V图上一条闭合曲线来表示。
循环过程 △E = 0 ， Q净=A净
P
正循环 （顺时针循环 A﹥0）
a
O
V
§4-3 循环过程
一、循环过程 系统经过一系列变化又回到原来状态的过程称为循
c
A Q1
Q1 Q2 Q1
1 Q2 Q1
1 T2 T1
结论：
c
1
T2 T1
（1）完成一次卡诺循环必须有高温和低温两个热源。
（2）卡诺热机的效率只与高低温热源的温度有关，与 工作物质无关。提高热机效率的有效途径是提高两个热源 的温度差。
（3）由于Q2≠ 0，T2 ≠ 0，卡诺热机的效率 C﹤1。
Q2 T2 Q1 T1
如果循环过程中不向低温热源
放热，即Q2=0，则效率C=1。实践
证明做不到。
讨论
图中两卡诺循环 1 2 吗 ？
p
A1>A2
T2 A1
T1
A1=A2
《大学物理热学》课件
《大学物理热学》PPT课 件
欢迎来到《大学物理热学》PPT课件！本课程将带你领略热力学的奥秘和应 用，从基础概念到循环过程、热传导和热辐射，让你轻松掌握热学的精髓。Biblioteka 课程介绍1 课程概述
学习热力学的基本概念和原理。
3 教材与参考资料
推荐教材和相关学习资料。
2 学习目标
掌握热力学的基本知识和解题技巧。
热泵和制冷机
了解热泵和制冷机的工作原 理及其在实际应用中的重要 性。
热传导和热辐射
热传导
探索热量在固体和液体中 通过传导方式的传递规律。
热辐射
研究热量通过辐射方式的 传递特点和基本原理。
热传导和热辐射的应 用
了解热传导和热辐射在实 际生活和工程中的应用。
热力学系统与状态
热力学系统概念
理解热力学系统的定义和分类。
热力学状态方程
掌握描述热力学状态的数学方程。
热力学基础
1
热力学第一定律
能量守恒的基本原理，理解能量转化和守恒的过程。
2
热力学第二定律
热力学过程中不可逆性和熵增的概念。
3
热量与功
学习热量和功的概念及其在热力学中的应用。
热力学循环
开系热力学循环
分析开放系统中的热力学循 环，探讨能量传递和转化的 规律。
闭系热力学循环
研究封闭系统中的热力学循 环，深入理解热量和功的关 系。
欢迎来到《大学物理热学》PPT课件！本课程将带你领略热力学的奥秘和应 用，从基础概念到循环过程、热传导和热辐射，让你轻松掌握热学的精髓。Biblioteka 课程介绍1 课程概述
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热泵和制冷机
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热传导和热辐射
热传导
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热辐射
研究热量通过辐射方式的 传递特点和基本原理。
热传导和热辐射的应 用
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热力学系统与状态
热力学系统概念
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热力学状态方程
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热力学基础
1
热力学第一定律
能量守恒的基本原理，理解能量转化和守恒的过程。
2
热力学第二定律
热力学过程中不可逆性和熵增的概念。
3
热量与功
学习热量和功的概念及其在热力学中的应用。
热力学循环
开系热力学循环
分析开放系统中的热力学循 环，探讨能量传递和转化的 规律。
闭系热力学循环
研究封闭系统中的热力学循 环，深入理解热量和功的关 系。
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D
i
ni vix
1n 2
i
ni vix
/ n 1 i ni vix 2 ni
i
1 nvx n
2
vx
2
2
n v2 23
D n 3RT
23
在标准状态下n=2.69×1025m-3
D 1 2.691025 23
38.81273 32103
3.581027(s1)
2-16 一密闭容器中贮有水及饱和蒸汽，水的温度为
3R
4103 4104 6.42K 38.31
因为容器内氦气的体积一定，所以
P2 P1 P2P1 P T2 T1 T2T1 T
故△P=
P1 T，又由 T1
P1V
M
RT1
得：
P1
M
RT1
/V
∴△P= M V T R 0 .04 5 0 1 .0 3 0 8 16 .2 4 0 26 .5 8 1 （1 0atm ）
比较。
解：（1）每个水汽分子的质量为：m
每cm3水汽的质量 M 1
N0
v
则每cm3水汽所含的分子数 n M N 0
m v
2 10 26 m 3
（2）可看作求每秒与1cm2水面相碰的分子数D，这与 每秒与1cm2器壁相碰的分子数方法相同。在饱和状态n 不变。
D
1
2
n v s
1
ns
3RT
解: ∵2
∴ 3KPV
2MR 23P MV0N312.0110316.004272170203 20 85.41 024
2-9 质量为50.0g，温度为18.0℃的氦气装在容积为 10.0L的封闭容器内，容器以v=200m/s的速率作匀速直 线运动。若容器突然静止，定向运动的动能全部转化为
m=28.9 该气体为空气
2-14 一立方容器，每边长1.0m，其中贮有标准状态下 的氧气，试计算容器一壁每秒受到的氧分子碰撞的次 数。设分子的平均速率和方均根速率的差别可以忽略。
解：设标准状态下单位容器内的分子数为n，将容器内 的分子按速度分组，考虑速度为vi的第i组。说单位体积 内具有速度vi的分子数为ni，在时间内与dA器壁相碰的 分子数为ni·vixdt·dA，其中vix为速度vi在X方向上的分 量，则第i组分子每秒与单位面积器壁碰撞次数为ni·vix， 所有分子每秒与单位面积器壁碰撞次数为
热学第二章习题课
2010.03
N=PV/KT
NN 1N 0P K 1V 1 1 TK P 0V 0 TV K(T P 1 1T P 0 0)
因为P0与P1相比差103数量，而烘烤前后温度差与压强差 相比可以忽略，
因此 P 0 与 P 1 相比可以忽略
T0
T1
N N P 1 1.2 1 1 3 0 1 .0 1 2 0 1 .3 1 32 0 1 .8 1 810 8 KT 1 1 .3 1 8 20 3(2 7 3)3 00
22
∵leV=1.6×10-19J
∴
6 1..2 6 111 0 1 02913.8 81 02(ev)
(2)T= 3 2 K2 3 1 1 3 .0 3 1 .6 8 1 1 2 0 1 3 09 7.7 160 K
2.8 质量为10Kg的氮气，当压强为1.0atm,体积为 7700cm3 时，其分子的平均平动能是多少？
2-4 容积为2500cm3的烧瓶内有1.0×1015个氧分子,有 4.0×1015个氮分子和3.3×10-7g的氩气。设混合气体的温 度为150℃,求混合气体的压强。
解：根据混合气体的压强公式有
PV=（N氧+N氮+N氩）KT 其中氩的分子个数：
N氩= M 氩 氩N03.3 410 1 006.02 13203 4.9 71105
分子热运动的动能，则平衡后氦气的温度和压强将各增 大多少？
解：由于容器以速率v作定向运动时，每一个分子都具 有定向运动，其动能等于 1 mv 2
2
当容器停止运动时，分子定向运动的动能将转化为分子
热运动的能量，每个分子的平均热运动能量则为
2 3KT1 2m2v2 3K1T
∴△T=
T2
T1
mv2 3K
v2
∴ P=（1.0+4.0+4.97）1015 1.3810234223.33102Pa 2500
1.75104mmHg
2-6 在常温下(例如27℃)，气体分子的平均平动能等于多 少ev? 在多高的温度下，气体分子的平均平动能等于 1000ev?
解：(1)
3K T 3 1 .3 1 8 2 0 33 06 .2 0 1 1 2 （01 J）
2-12 气体的温度为T = 273K,压强为 P=1.00×10-2atm, 密度为ρ=1.29×10-5g
(1) 求气体分子的方均根速率。 (2) 求气体的分子量，并确定它是什么气体。
解：（1）
2
V
3R T
3P48m 5/s
（2） PA N R T 2.9 8 1 3 k 0/m g 2 o.9 g 8 l/mo nP
23
23
4.151023(个）
（3）当蒸汽达饱和时，每秒从水面逸出的分子数与返回
水面的分子数相等。 （4）分子的平均动能
3 KT 2
每个分子逸出所需的能量
7.72 10 21 ( J )
E L m 22 5 06 .7 3 1 2 0 (0 J) N 0
100℃，压强为1.0atm，已知在这种状态下每克水汽所占
的体积为1670cm3，水的汽化热为2250J/g
1.每立方厘米水汽中含有多少个分子？
2.每秒有多少个水汽分子碰到水面上？
3.设所有碰到水面上的水汽分子都凝结为水，则每秒有多
少分子从水中逸出？
4.试将水汽分子的平均动能与每个水分子逸出所需能量相