大学物理热学东华大学查学军老师.pptx

理想气体的温度公式理想气体的压强公式理想气体状态方程单位体积分子数分子平均平动动能1热学部分平衡态的特点平衡态的特点*1）单一性（单一性（处处相等）处处相等）;2）物态的物态的稳定性稳定性 与时间无关；与时间无关；4）热动平衡热动平衡平衡态的判断方法：平衡态的判断方法：p,T都不随时间变化都不随时间变化热力学过程热力学过程非静态过程非静态过程准静态过程准静态过程（理想模型）（理想模型）状态图中状态图中平衡态平衡态准静态过程准静态过程P0VPVTP V T 准静态过程一点一条曲线非静态过程不能在P-V图上表示2 2 能均分定理：能均分定理：能均分定理：能均分定理：平衡态下，不论何种运动，相应于平衡态下，不论何种运动，相应于每一个可能自由度的每一个可能自由度的平均动能平均动能都是都是kBT/2.单原子分子单原子分子分子平均平动动能双原子分子双原子分子三个平动自由度三个平动自由度分子的总的平均动能三个平动自由度两个转动自由度三个平动自由度两个转动自由度分子平均平动动能分子平均转动动能分子的总的平均动能HeH2三原子分子三原子分子三个平动自由度三个转动自由度三个平动自由度三个转动自由度分子平均平动动能分子平均转动动能分子的总的平均动能H2O3 理想气体的内能所有分子的动能4.4个个统计平均值统计平均值(2)算术平均速率算术平均速率 (3)方均根速率方均根速率 (1)最概然速率最概然速率(4)各方向运动概率均等各方向运动概率均等4 速率分布函数速率分布函数 f(v)分布在速率分布在速率 v附近附近单位速率间隔单位速率间隔内的分子数占总内的分子数占总 分子数的百分比；分子数的百分比；对单个分子来说，它表示分子具有速率在该单位对单个分子来说，它表示分子具有速率在该单位 速率间隔内的概率速率间隔内的概率。速率分布曲线在在 区间的分子数区间的分子数占总分子数的百分比占总分子数的百分比-归一化条件归一化条件在在 区间的分子数区间的分子数速率在速率在 区间的分区间的分子数占总分子数的百分比子数占总分子数的百分比速率在速率在 区间内的分子数区间内的分子数气体分子的平均速率速率分布在 区间内的分子的平均速率5.热力学第一定律Q0 吸热吸热A0系统对外界作功系统对外界作功Q0 放热放热A0外界对系统作功外界对系统作功由积分意义可知，由积分意义可知，功的大小等于功的大小等于pV 图上图上过程曲线过程曲线p(V)下的面积下的面积。PV12思考：a.如何在P-V上表示功（准静态过程的功）的大小?热力学第一热力学第一热力学第一热力学第一 定律对于理想气体定律对于理想气体定律对于理想气体定律对于理想气体准静态过程准静态过程准静态过程准静态过程的应用的应用的应用的应用等体等压等温绝热等体等体等压等压V VV V等温等温绝热绝热绝热过程方程绝热过程方程:气体气体绝热自由膨胀绝热自由膨胀气体气体真空真空Q=0，A=0，E=0非静态过程不适用!温度不变，体积增大，压强减小6.循环过程循环特征：循环特征：系统经历一个循环之后系统经历一个循环之后,内能不改变。内能不改变。A.A.正循环正循环(顺时针顺时针)气体对外所作的净功？热机热机热机效率：B.B.逆循环逆循环(逆时针逆时针)外界对气体所作的净功？1-21-2：等温过程等温过程2-32-3：绝热过程绝热过程3-43-4：等温过程等温过程4-54-5：绝热过程绝热过程卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环等压膨胀吸热等压压缩放热绝热方程：7 热力学第二定律的两种表述热力学第二定律的两种表述开尔文表述：开尔文表述：不可能制成一种循环动作的热机，不可能制成一种循环动作的热机，只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用功，而而不产生其它影响不产生其它影响.克劳修斯表述：克劳修斯表述：不可能把热量从低温物体传到高温不可能把热量从低温物体传到高温物体而物体而不引起外界的变化不引起外界的变化统计意义：一个不受外界影响的封闭系统，内部过程统计意义：一个不受外界影响的封闭系统，内部过程总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行总是由概率小的宏观状态向概率大的宏观状态进行8 可逆过程与不可逆过程可逆过程与不可逆过程A:一切自发的热力学过程都是不可逆的过程一切自发的热力学过程都是不可逆的过程两个典型两个典型不可逆过程：不可逆过程：热传递热传递 理想气体的自由膨胀理想气体的自由膨胀B:无摩擦的准静态过程是可逆过程无摩擦的准静态过程是可逆过程不可逆的过程的统计意义：不可逆过程实质上是一不可逆的过程的统计意义：不可逆过程实质上是一个从概率小的宏观状态向概率大的宏观状态的转变个从概率小的宏观状态向概率大的宏观状态的转变过程，一切实际过程都是向着熵增加的方向进行。过程，一切实际过程都是向着熵增加的方向进行。不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程不可逆过程就是不能向相反方向进行的过程一切自发的过程都是不可逆的一切自发的过程都是不可逆的判断下列说法是否正确9 卡诺定理卡诺定理 (1)(1)在温度为在温度为 的高温热源和温度为的高温热源和温度为 的低温热的低温热源之间工作的一切源之间工作的一切可逆热机可逆热机，效率都相等，而与工作，效率都相等，而与工作物质无关，其效率为物质无关，其效率为:(2)(2)在温度为在温度为 的高温热源和温度为的高温热源和温度为 的低温热的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆源之间工作的一切不可逆热机的效率不可能大于可逆热机的效率。热机的效率。卡诺热机的效率最高卡诺热机的效率最高卡诺热机卡诺热机 思考题：思考题：有人设计一台可逆热机，每循环一次可以从有人设计一台可逆热机，每循环一次可以从400K的的高温热源吸热高温热源吸热1800J,向向300K的热源放热的热源放热800J,同时对同时对外做功外做功1000J,这样的热机可行吗？这样的热机可行吗？理论上可逆热机的理论上可逆热机的最大值最大值:超过理论值，不可能超过理论值，不可能 熵是分子热运动无序性或混乱性的量度熵是分子热运动无序性或混乱性的量度。系统某一。系统某一状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。状态的熵值越大，它所对应的宏观状态越无序。10.熵熵增加原理：熵增加原理：孤立系统中的熵永不减少孤立系统中的熵永不减少.孤立系统孤立系统不不可逆过程可逆过程孤立系统孤立系统可逆可逆过程过程设有以下一些过程：设有以下一些过程：（1）封闭系统中两种不同气体在等温下）封闭系统中两种不同气体在等温下相互混合；相互混合；（2）理想气体在定体下降温；）理想气体在定体下降温；（3）液体在等温下汽化；）液体在等温下汽化；（4）理想气体在等温下压缩；）理想气体在等温下压缩；（5）理想气体的绝热自由膨胀）理想气体的绝热自由膨胀使系统熵增加的过程是？使系统熵增加的过程是？思考的角度：这些过程是否孤立系统的不可逆过程？思考的角度：这些过程是否孤立系统的不可逆过程？变化的过程中微观态的数目如何变化？变化的过程中微观态的数目如何变化？不可逆不可逆不可逆不可逆