2023年热学知识点总结归纳.doc

第七章：分子动理论内容1、物体是由大量分子组成的内容2、 分子永不断息的做无规则热运动内容3、分子间同时存在互相作用的引力和斥力一、 物体是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数（NA6.021023mol1：联系微观量与宏观量的桥梁。微观量: 分子体积v0、分子直径d、分子质量m0 分子总个数N宏观量: 物质体积v、摩尔体积V、物质质量m、摩尔质量M物质密度、物质的量n。分子质量m0=摩尔质量M/阿伏加德罗常数NA 即m0= M/NA分子质量m0=物质密度*摩尔体积V/阿伏加德罗常数NA 即m0= V/NA分子质量数量级1026kg 分子体积v0=摩尔体积V/阿伏加德罗常数NA：v0=V/NA 分子体积v0=摩尔质量M/物质密度*阿伏加德罗常数NA 即v0=M/NA（对气体，v0应为气体分子占据的空间大小）分子直径：（数量级1010m）球体模型 （固体、液体一般用此模型）立方体模型 （气体一般用此模型 固体、液体估算直径也可）（对气体，d应理解为相邻分子间的平均距离）分子的数量：N=nNA =m/m0 =v/v0 n=m/M n=v/V ( n=v/M n=m/V ) (*对气体，v0应理解为气体分子所占空间体积*)固体、液体分子可估算分子大小(认为分子一个挨一个紧密排列)；气体分子不可估算大小，只能估算分子间平均距离、所占空间体积 油膜法测油酸分子直径 （运用宏观量求微观量）原理： d= V/S d: 单分子油膜层厚度v: 1滴油酸酒精溶液中油酸体积=N滴油酸酒精溶液总体积*浓度/Ns:单分子油膜面积(查格数：多于半格算一个格，少于半格不算） 二、 分子永不断息的做无规则热运动分子永不断息的无规则运动叫热运动-（微观运动）1、扩散现象：不同物质彼此进入对方。 温度越高，扩散越快。(扩散现象由于分子热运动引起的，是宏观现象，不是分子的热运动)应用举例：向半导体材料掺入其它元素扩散现象不是外界作用引起的，是分子无规则运动的直接结果，是分子无规则运动宏观反映间 接 说 明：分子间有间隙2、布朗运动：悬浮在液（气）体中的固体小微粒的无规则运动，要用显微镜来观测 布朗运动发生的因素是固体小微粒受到周边微粒的液（气）体分子无规则运动地撞击的不平衡性导致的因而布朗运动说明了（与固体小微粒接触的液体或气体）分子在永不断息地做无规则运动（1）布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动（2）布朗运动不是液体分子的运动（3）课本中所示的是固体小微粒不同时刻位置连线，不是运动轨迹（4）微粒越小不平衡性越明显，温度越高，布朗运动越明显注意：房间里一缕阳光下的灰尘的运动不是布朗运动热水里的胡椒粉的运动是由于对流引起的（眼睛能看到）不是布朗运动。3） 扩散现象是分子运动的直接证明但不是分子的热运动；布朗运动间接证明了液体或气体分子的无规则运动三、 分子间的作用力分子间存在互相作用的引力和斥力分子间有空隙：酒精和水混合体积变小说明分子间有空隙但固体液体很难被压缩，说明有斥力，很难被拉伸，说明有引力0 rEPr0破镜难复原，说明分子间有斥力1） 分子间引力和斥力一定同时存在，且都随分子间距离的增大而减小（但斥力减小的快），随分子间距离的减小而增大（但斥力增大的快）2）实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。随分子间距离的增大，分子力先变小后变大再变小。（注意：这是指 r从小于r0开始到增大到无穷大）3）分子力的表现及变化，注意r0（1010m）与10r0两个位置。当分子间距离为r0（约为1010m）时，分子力为零，分子势能最小当分子间距离rr0时，分子力表现为引力。当分子间距离由r0增大时，分子力先增大后减小r10r0分子力变得很薄弱，可忽略，为0当分子间距离rr0时，分子力表现为斥力。当分子间距离由r0减小时，分子力不断增大4） 注意：压缩气体也需要力，不说明分子间存在斥力作用，压缩气体需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力。温度和温标1、平衡态：在没有外界影响的情况下，只要通过足够长的时间，系统内各部分的状态参量（P、T）就不在变化，这种情况下我们就说容器内的气体达成平衡态，否则就是非平衡态。（指的是一个系统的状态）2、热平衡：两个系统互相接触，通过一段时间以后，状态参量就不再变化了，这说明两个系统对于传热来说已经达成了平衡，这种平衡叫做热平衡（指的是两个系统之间的关系）3、热平衡定律：假如两个热力学系统各自与第三个热力学系统处在热平衡，则它们彼此也必处在热平衡。这一实验结论叫做热平衡定律。（热平衡定律又叫热力学第零定律）4、温度：反映物体冷热限度的物理量（是一个宏观记录概念），是物体分子热运动平均动能的标志。（确切的说是物体分子热运动平均平动动能的量度） 任何相同温度的物体，其分子平均动能相同。（1）只有大量分子组成的物体才谈得上温度，不能说某几个氧分子的温度是多少多少。由于这几个分子运动是无规则的，某时刻它们的平均动能也许较大，另一时刻它们的平均动能也也许较小，无稳定的“冷热限度”。（2）1的氧气和1的氢气分子平均动能相同，1的氧气分子平均速率小于1的氢气分子平均速率。2）热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为：Tt+273.15（K）说明：两种温度数值不同，但改变1 K和1的温度差相同K是低温的极限，只能无限接近，但不也许达成。（绝对0度不可达成-热力学第三定律）这两种温度每一单位大小相同，只是计算的起点不同。摄氏温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为0，热力学温度把1大气压下冰水混合物的温度规定为273K（即把273规定为0K），所以T=t+273.5、分子动理论是热现象微观理论的基础1）热学涉及：研究宏观热现象的热力学、研究微观理论的记录物理学2）记录规律：单个分子的运动都是不规则的、带有偶尔性的；大量分子的集体行为受到记录规律的支配3）气体分子运动接特点：分子数密度巨大、分子间频繁碰撞、分子运动杂乱无章，某一时刻向各个方向运动的气体分子数目都相等（有微小差别，可完全忽略）4）气体温度的微观意义：一定温度下分子速率分布：中间多、两头少，温度越高，分子的热运动越剧烈（图像右移）内能1） 内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是状态量改变内能的方法有做功和热传递，它们是等效的三者的关系可由热力学第一定律得到UW+Q2） 决定所有分子势能的因素：体积（分子间距离）决定所有分子动能的因素：温度（分子总个数、分子平均动能）3）固体、液体的内能与物体所含物质的多少（分子数）、物体的温度（平均动能）和物体的体积（分子势能）都有关气体：一般情况下，气体分子间距离较大，不考虑气体分子势能的变化（即不考虑分子间的互相作用力）4）一个具有机械能的物体，同时也具有内能；一个具有内能的物体不一定具有机械能。它们之间可转化5）抱负气体的内能：抱负气体是一种抱负化模型，抱负气体分子间距很大，不计分子势能，只考虑：所有分子的动能总合。抱负气体的内能 微观：分子总个数、平均动能（不计分子势能） 宏观：质量、温度由UW+Q ：（1） 抱负气体与外界做功与否，看体积，体积增大，对外做了功（外界是真空则气体对外不做功属自由扩散）-W取负值，体积减小，则外界对气体做了功-W取负值。（2） 吸热Q取正值、放热Q取负值（3）抱负气体内能变化情况看温度。6）理解内能概念需要注意几点：（1）内能是宏观量，只对大量分子组成的物体故意义，对个别分子无意义。（2）物体的内能由分子数量（物质的量）、温度（分子平均动能）、体积（分子间势能）决定，与物体的宏观机械运动状态无关内能与机械能没有必然联系7）关于分子平均动能和分子势能理解时要注意（1）温度是分子平均动能大小的标志，温度相同时任何物体的分子平均动能相等，但平均速率一般不等（分子质量不同）（2）分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增长。（3）分子势能为零一共有两处，一处在无穷远处，另一处小于r0分子力为零时分子势能最小，而不是零。（4）抱负气体分子间作用力为零，分子势能为零，只有分子动能。x0EPr0第八章： 气体（分子无规则运动起重要作用）实验定律 抱负气体1）探究一定质量抱负气体压强p、体积V、温度T之间关系，采用的是控制变量法2）三种变化：玻意耳定律：PVC 查理定律： P / TC 盖吕萨克定律：V/ TC (或由 PVCT=K(P-1/V图像中) P / TC/V =K V/ TC/P=K K为图像斜率)T1T2pVT1T2OV1V2pTV1V2Op1p2VTp1p2O 等温变化图线 等容变化图线 等压变化图线 （注意面积代表PV乘积） （斜率P / TC/V =K） （斜率V/ TC/P=K ）提醒：等温变化中的图线为双曲线的一支，等容（压）变化中的图线均为过原点的直线（之所以原点附近为虚线，表达温度太低了，规律不再满足）图中双线表达同一气体不同状态下的图线，虚线表达判断状态关系的两种方法对等容（压）变化，假如横轴物理量是摄氏温度t，则交点坐标为273.15K3）抱负气体状态方程抱负气体，由于不考虑分子间互相作用力，抱负气体的内能仅由温度和分子总数决定 ，与气体的体积无关。对一定质量的抱负气体，有（或）应用 ： 1.注意研究对象 2.注意两个状态下的P V T4）气体压强微观解释：由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的，与温度和体积有关。（）气体分子的平均动能，从宏观上看由气体的温度决定（）单位体积内的分子数(分子密集限度n=N/V)，从宏观上看由气体的质量体积决定第九章：固体、液体和物态变化一、 晶体和非晶体 晶体的微观结构晶体：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、蔗糖（粘在一起的糖块是多晶体，单个的是单晶体）、味精等，（雪花是水蒸气凝华形成的六角形图案的晶体、石英晶体：中间六棱柱，两端是六棱锥）非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等固体多晶体如金属1、有拟定几何形状2、制作晶体管、集成电路3、各向异性晶体1、无拟定几何形状2、各向同性非晶体液化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸取的热量是不同的，所以非晶体没有拟定的熔化热有拟定熔点熔解和凝固时放出的热量相等非晶体单晶体1、无拟定几何形状2、无拟定熔点3、各向同性 注：各向同性或异性指：导热或导电性能或光学性质同与不同1）只能用单晶体制作晶体管和集成电路2）具体到某种晶体，它也许只是某种物理性质各向异性较明显。例：云母片就是导热性明显，方解石则是透光性上明显，方铅矿则在导电性上明显。但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性。单晶体具有各向异性,但对某些特性或者某些切面上不一定就表现各向异性3）同种物质也许以晶体和非晶体两种不同的形式出现，物质是晶体还是非晶体不是绝对的，在一定条件下可以互相转化。4）通过X射线在晶体上的衍射实验，发现各种晶体内部的微粒按各自的规则排列，具有空间上的周期性。有的物质组成它们的微粒可以按照不同规则在空间分布，因此在不同条件下可以生成不同的晶体。例如：碳原子由于排列不同可以生成石墨（层状结构，层与层之间距离较大，原子间作用力较弱，质地松软）或金刚石（碳原子间作用力很强，有很大硬度可切割玻璃）。5）晶体达成熔点后由固态向液态转化，分子间距离要加大。此时晶体要从外界吸取热量来破坏晶体的点阵结构，所以吸热只是为了克服分子间的引力做功，只增长了分子的势能。二、 液体（无规则运动与分子力共同作用）的表面张力现象 液体非晶体的微观结构跟液体非常相似） 表面张力：表面层分子比较稀疏，rr0 在液体内部分子间的距离在r0左右，分子力几乎为零。液体的表面层由于与空气接触，所以表面层里分子的分布比较稀疏、分子间呈引力作用，在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表面张力。液体表面张力与温度有关：温度升高，力减小。太空中的液体，形状由表面张力决定，由于使液体表面收缩至最小，故呈球状。） 浸润和不浸润现象： 浸润：液体润湿某种固体并附着在固体表面不浸润：液体不会润湿某种固体、不附着在固体表面附着层的液体分子比液体内部毛细现象浸润密（表现斥力）附着层的扩展趋势液体上升不浸润稀疏（表现引力）附着层的收缩趋势液体下降）毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象，称为毛细现象。 对于一定液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细现象越明显。（）管的内径越细，液体越高（）土壤锄松，破坏毛细管，保存地下水分；压紧土壤，毛细管变细，将水引上来（3）由于液体浸润管壁，液面边沿部分的表面张力斜向上方，这个力使管中液体向上运动，当管中液体上升到一定高度，液体所受重力与液面边沿所受向上的力平衡，液面稳定在一定高度。三、 液晶1） 液晶具有流动性、光学性质各向异性2）有些物质在特定的温度范围内有液晶态，另一些在适当的溶剂中熔解时，在一定的浓度范围具有液晶态。通常棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态。天然存在的液晶不多，多数液晶为人工合成3）向液晶参入少量多色性染料，染料分子会和液晶分子结合而定向排列，从而表现出光学各向异性。当液晶中电场强度不同时，它对不同颜色的光的吸取强度也不同样，这样就能显示各种颜色4）在多种人体结构中都发现了液晶结构四、饱和汽和饱和汽压说明：相对湿度的计算不做规定）汽化沸腾只在一定温度下才会发生，液体沸腾时的温度叫做沸点（大气压越高时沸点越高）饱和汽与饱和汽压在密闭容器中的液面上同时进行着两种相反的过程：一方面液体分子从液面飞出来；另一方面由于液面上的蒸气分子不断地做无规则的热运动，有的分子撞到液面上又会回到液体中去。随着液体的不断蒸发，液面上气态分子数不断增多，回到液体中的分子数也逐渐增多。最后，当气态分子的密度增大到一定限度时，就会达成这样的状态：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，这时气态分子的密度不再增大，液体也不再减少，液体和气体之间达成了平衡状态，蒸发停止。这种平衡叫做动态平衡。我们把跟液体处在动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，把没有达成饱和状态的汽叫做未饱和汽。在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。饱和汽压（1）饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。（容器中混合气体的压强等于在同样济度、同样体积条件下混合气体各成分单独存在时的分压强之和-道尔顿分压定律）（2）饱和汽压与温度和物质种类有关。（在同一温度下，不同液体的饱和气压一般不同，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速增大。）对于某种液体而言单位时间、单位面积（液面）飞出的液体分子数只与温度有关（3）将不饱和汽变为饱和汽的方法：减少温度减小液面上方的体积等待（最终此种液体的蒸气必然处在饱和状态）3）空气的湿度（1）空气的绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强P1来表达的湿度叫做空气的绝对湿度。（2）空气的相对湿度：=P1/PS相对湿度更可以描述空气的潮湿限度，影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受。 相对湿度大，人感觉潮湿；人们感到干爽是指相对湿度小。离饱和限度越远，空气相对湿度越小4）能量互换：蒸发吸热、液化放热、熔化吸热、凝固放热（某种晶体）熔化热：熔化过程能量与质量之比（不同晶体熔化热不同，非晶体没有拟定的熔化热）汽化热：某种液体汽化成同温度的气体时所需能量和其质量之比。（水的汽化热随温度升高而减小P46图）液体汽化时体积会增大很多，分子吸取的能量不只是用于挣脱其他分子的束缚，还用于体积膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关。第十章热力学定律一、 做功和热传递是改变物体内能的两种方式 1）绝热过程：系统只通过做功而与外界互换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热焦耳的两个实验：机械能转化为内能：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升电能转化为内能：通过电流的热效应给水加热。2）热传递三种方式：热传导、热对流、热辐射3）热量和内能不能说物体具有多少热量，只能说物体吸取或放出了多少热量，热量是过程量，相应一个过程。离开了热传递，无法谈热量。不能说“物体温度越高，所含热量越多”。改变物体内能的两种方式：做功和热传递。做功是内能与其他形式的能发生转化热传递是不同物体（或同一物体的不同部分）之间内能的转移它们改变内能的效果是相同的。二、 热力学第一定律 能量守恒定律 1）热力学第一定律：（1）内容：一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。（2）数学表达式为：UW+Q 绝热：Q0既不吸热也不放热； 等温：对气体U0，假如是气体向真空扩散，W0（3）符号法则：做功W热量Q内能的改变U取正值“+”外界对系统做功系统从外界吸取热量系统的内能增长取负值“”系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少2）能量守恒定律：（1）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 （2）第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机。 根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不也许制成的三、 热力学第二定律 1）可逆与不可逆过程(方向性)（1）热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一个不可逆过程。（2）说明：“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。要将热量从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或帮助”，就是要由外界对其做功才干完毕。电冰箱、空调就是例子。2）热力学第二定律的两种表述克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。开尔文表述：不也许从单一热库吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。但：可以从单一热库吸取热量，使之完全变成功（但有或产生其它变化或影响）乒乓球浇沸水恢复原状，被压缩的导热气缸恢复原状过程其它表述：气体向真空的自由膨胀是不可逆的 第二类永动机不也许制成3）热机(机械能能自发的完全转化为内能,但内能不能自发的完全转化为机械能)热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸取热量Q1，推动活塞做功W，然后向冷凝器释放热量Q2。由能量守恒定律可得： Q1=W+Q2热机效率，用表达= W / Q1 热机做的功和它从热源吸取的热量的比值 热机效率不也许达成100%4）第二类永动机设想：只从单一热源吸取热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。第二类永动机不也许制成，表达尽管机械能可以所有转化为内能，但内能却不能所有转化成机械能而不引起其他变化；机械能和内能的转化过程具有方向性。5）热力学第二定律的微观解释热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。（例如：气体向真空中的扩散）熵增长原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小（ 表达宏观状态相应微观状态的数目，熵S=kln即越大熵S也越大，熵S是系统内分子运动无序性的量度）一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。因此热力学第二定律也叫做熵增长原理。6）热力学第三定律：不也许通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。热力学第三定律不阻止人们想办法尽也许地接近绝对零度。四、 能源和可连续发展 能量耗散：各种形式的能量最终都向内能转化（自动、全额发生），无序限度较小的状态向无序限度较大的状态转化（熵增长原理）。能量耗散虽然不会使能的总量不会减少，却会导致能的品质减少（反映自然界宏观过程的方向性），（无法避免）它事实上将能量从可用的形式降级为不大可用的形式，煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在运用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。故能量虽然不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。三种常规能源是：煤、石油、天然气。石油和煤燃烧产生的二氧化碳增长了大气中的二氧化碳的含量，产生了温室效应，引发了一系列问题，如：两极的冰雪融化，海平面上升，海水倒灌，耕地盐碱化这些都是自然对人类的报复。尚有一些问题，如：煤燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水形成“酸雨”。开发和运用新能源：新能源重要指太阳能、生物质能、风能、水能、核能等。太阳能相对人类历史来说：取之不尽、用之不竭，对环境的影响很小，最有前程的领域通过太阳能电池将太阳能直接转换成电能。生物质能：指绿色植物通过光合作用储存在生物内的太阳能，储存形式是生物分子的化学能。（例如沼气的应用）