大学物理温.pptx

在热学中所研究的对象，都是由大量分子或原子组成的宏观物体或物体系统（如气体、液体、固体等），称为热力学系统，简称系统（或体系）。系统以外的物质统称为外界或环境。请看示例(见图)例如，若以一台贮气罐内的气体作为研究系统，则罐外周围的物质（如空气或水等）就是外界，而罐壁近似的可看为该系统的边界。热力学系统热力学系统若热力学系统不受外界影响，即系统与外界不交换任何能量（作功和传递能量）和物质，这种系统是完全封闭的，称为封闭系统。对于一个封闭系统，在经过相当长的时间后，此系统整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态。热力学系统所处的这种状态称为平衡状态，简称平平衡态衡态。系统处于平衡态时的另一特征，表现为系统内部没有宏观的粒子流动和能量流动。应当指出，热力学系统总是不可避免地会与外界发生程度不同的能量和物质传递，理想化的平衡态难以存在。如果系统的宏观性质变化很微小，可以忽略不计时，则系统的状态可以近似看成平衡态。平衡态平衡态注意：热力学平衡态又被称为“热动平衡态”，它只是一种宏观上的“静寂状态”。而实际上组成该系统的大量分子仍不停地作无规则的热运动，只不过分子热运动总的平均效果不随时间变化而已。对一定量（即质量M一定）的气体，当处于平衡态时，可以用压强p、体积V以及温度T等三个宏观物理量来描述其状态，这三者称为气体的状态参量。体积体积V在忽略气体分子大小的条件下，气体体积的意义是指气体分子自由活动的空间大小气体分子自由活动的空间大小，即容器的容积。体积的单位是m3或cm3，另外还有l（升）。其换算关系为1升=103cm=10-3m3。压强压强p大量气体分子对容器壁碰撞的宏观表现是气体对器壁的压力。压力恒垂直于器壁表面。若以F表示压力，S为器壁的表面积，则作用器壁单位面积上的压力叫压强，用p表示，则：p=F/S气体的状态参量气体的状态参量压强的单位SI制：帕斯卡，简称帕，其符号为1Pa=1Nm-2。此外，也常用毫米汞高(mmHg)和标准大气压(atm)作为压强的单位，它们之间换算关系为1atm=760mmHg=1.013105Pa，1mmHg=133.3Pa温度温度T温度是表征物体冷热程度的物理量物体冷热程度的物理量，较热的物体具有较高的温度。在本质上，温度的高低反映了物体内部大量分子热运动的剧烈程度。温度的数值表示方法叫温标温标。各种各样温度计的数值都是由各种温标决定的，常用的有：热力学温度热力学温度(旧称绝对温度)，用T表示，在SI中，单位称为开尔文，符号为K。摄氏温度，用t表示，单位为C，它与热力学温度的关系为t=T-273.16T-273。当具有某一体积V的一定量气体，在无外力场作用的条件下，处于平衡态时，气体内的温度T、压强p、密度（或分子数密度）等处处均匀一致。且三个状态参量(p，V，T)存在着一定的关系。其中任一个参量是其余两个参量的函数。凡是表示在平衡态下这些状态参量之间关系的式子，都叫做气体状态方程气体状态方程。在以p为纵轴，以V(或T）为横轴的坐标系中，可以用一个点来表示气体的一个平衡态，这种图称为状态图状态图。当一定量的气体与外界交换能量（通过作功或传递热量）时，它原来的平衡态受到破坏，经一定时间后，系统达到另一个新的平衡态。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态，称为状态变化过程，简称过程。如果过程进行得十分缓慢，使经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这种过程叫做平衡过程平衡过程(或准静态过程或准静态过程)。一个平衡过程在p-V图中可以用一光滑的曲线来表示。平衡过程平衡过程气体的三个实验气体的三个实验玻意耳定律玻意耳定律一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强与体积的乘积等于恒量。即：pV=const.，亦即在一定温度下，对一定量的气体，它的体积与压强成反比。盖盖.吕萨克定律吕萨克定律一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积与热力学温度成正比。即：V/T=const.。查理定律查理定律一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压强与热力学温度成正比，即：p/T=const.。气体实验定律的适用范围气体实验定律的适用范围：只有当气体的温度不太低(与室温相比)，压强不太大(与大气压相比)时，方能遵守上述三条定律。注意：如果气体在压强很大，温度又很低，即气体很不稀薄甚至接近液化时，实验结果与上述定律相比会有很大的偏差。在任何情况下都遵守玻意耳、盖在任何情况下都遵守玻意耳、盖.吕萨克及查理定律的吕萨克及查理定律的气体，称为理想气体。气体，称为理想气体。一般真实气体，如氮、氧、氢、氦等，在温度不太低，压强不太大时，都可以近似看做理想气体。理想气体是真实气体的一个理想模型。理想气体理想气体设某一容器内有一定的质量为M，摩尔质量为的理想气体，初始的平衡状态为(p1,V1,T1)，在状态发生改变后，过渡到新的平衡态(p2,V2,T2)，其中间可以经过各种不同的过程。由气体的实验定律可以推导出气体在初、末两个平衡态的六个状态参量的关系为理想气体状态方程理想气体状态方程(1)上式(1)即为理想气体状态方程的初步形式。关系式(1)不仅适用于、两个平衡态，还可推广到其他任何平衡态，即其中：p0、V0为标准状态下气体的状态参量。由阿伏伽德罗定律，在时，1mol的任何气体的体积都为则摩尔数为的理想气体在标准状态下的体积为：代入上式，可得：我们引进一个对任何气体都普遍适用的常量R，称为普适气体常量：写成简单的形式：上式表示了理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量（p，V，T）之间的关系，称为理想气体状态方程理想气体状态方程。理想气体状态方程还可以化为另一种常用的形式,即注意注意：理想气体的状态方程适应范围有两条理想气体的状态方程适应范围有两条：(1)一定量的理想气体理想气体，或可以看作理想气体的真实气体，即常温(温度不太低)和常压(压强不太高)的气体。(2)处于平衡状态平衡状态。问题问题1 两个体积相同的密闭钢瓶，装着同一种气体，压强相同，它们的温度是否相同?(A)一定相同(B)所装气体质量多的温度高(C)所装气体质量少的温度高(D)无法判断例题例题1在密闭教室内，一个人呼吸时，如果每呼出的一口气都在若干时间内（譬如几十分钟）均匀的混合到全教室的空气中，那么另一个人每吸入的一口气中有多少个分子是那个人在那口气中呼出的？假设教室内空气的体积V=6.0103m3，压强p=1atm以及温度T=300K。人们每呼吸一口气的体积约为V1=1升。解由理想气体状态方程：教室内空气的摩尔数为：因每摩尔任何物质内的分子数为阿伏加德罗常数NA，所以教室内空气的总分子数为：平均每升空气中的分子数为：个分子，一个人每次呼出的N1个分子均匀的混合到体积为V的整个教室内，则另一个人每吸入的1升空气中含有的分子数为：从本例题中可以体会到人与人之间从本例题中可以体会到人与人之间“呼吸相通呼吸相通”的的密切关系。若将空气的范围从教室扩大到整个大气，密切关系。若将空气的范围从教室扩大到整个大气，从人的呼吸扩展到工厂排放废气，这种人与人，人从人的呼吸扩展到工厂排放废气，这种人与人，人与大自然之间的与大自然之间的“息息相关息息相关”问题仍是存在的。问题仍是存在的。例题例题2一柴油机的气缸的体积为0.82710-3m3，压缩前，缸内空气的温度为320K，压强为8.4104Pa。当活塞将空气压缩到原体积的1/17时,使压强增大到4.2106Pa，求这时空气的温度（假设空气可视为理想气体）。解：由气体状态方程压缩前状态（p1，V1，T1）压缩前状态（p2，V2，T2）