《基础物理综合-热学课件PPT》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基础物理综合-热学课件PPT（42页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、基础物理综合 力学热学光学电磁学 热学 研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种规律的科学热力学基础 宏观理论 热力学第一 第二定律 气体状态方程分子动理论 微观理论 宏观 微观物态和相变 热力学基础 热力学系统 物体或物体系孤立系统 封闭系统 开放系统 状态参量 压强P 体积V 温度T 平衡态 在没有外界影响的条件下 系统状态参量长时间内不发生变化的状态 热平衡 力学平衡 化学平衡可用P V T图表示 热力学过程 准静态过程 非准静态过程 热力学第一定律 功 热量 内能 态函数 热力学第一定律 理想气体过程 理想气体状态方程 等体过程 范德瓦尔斯方程 等压过程 比热容比 焓 态函数 等温过程
2、 无等温热容 绝热过程 绝热线斜率的绝对值比等温线的大 即绝热线要陡一些 多方过程 循环过程 系统经过一系列状态变化过程以后 又回到原来状态的过程 内能不改变 正循环 W 0 热转换为功 循环效率 逆循环 W 0 功转换为热 制冷系数 卡诺循环 在两个恒定温度热源间工作 一般由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的循环 卡诺热机效率 卡诺致冷系数 卡诺循环 卡诺循环必须有高温和低温两个热源 卡诺循环的效率只与两个热源的温度有关 T2愈低或T1愈高 卡诺循环的效率愈大 工程上一般采取提高高温热源温度的方法 卡诺循环的效率总是小于1的 热力学第二定律 开尔文叙述 不可能制造出这样一种循环工作的热
3、机 它只从单一热源吸收热对外作功而不产生其它影响 克劳修斯叙述 不可能把热量从低温物传到高温物体而不引起外界的变化 可逆过程 系统状态变化过程中 逆过程能重复正过程的每一个状态 且不引起其他变化的过程 实现的条件 过程无限缓慢 没有耗散力作功 不可逆过程 在不引起其它变化的条件下 不能使逆过程重复正过程的每一个状态的过程 可逆过程与不可逆过程 在热力学中 过程可逆与否与系统所经历的中间状态是否为平衡状态有关 卡诺定理 1 在温度为T1和T2两个温度均匀的恒温热源之间工作的任意可逆卡诺热机具有相同的效率 2 不可逆卡诺机的效率不可能大于可逆卡诺机的效率 克劳修斯不等式 说明 熵是系统状态的函数
4、两个确定状态的熵变是一确定的值 与过程无关 定义 系统从初态变化到末态时 其熵的增量等于初态和末态之间任意一可逆过程热温比的积分 态函数 熵 熵的计算 方法 过程不可逆时 在始末两态之间设计一个可逆过程计算 系统熵变等于各部分熵变之和 a到b的过程应是可逆过程 玻耳兹曼关系 用W表示系统所包含的微观状态数 考虑在不可逆过程中 有两个量是在同时增加 一个是状态概率W 一个是熵 因此 自然设想两者之间存在一定的关系 玻耳兹曼从理论上证明其关系如下 S klnW 上式称为玻耳兹曼关系 k为玻耳兹曼常数 熵的这个定义表示它是分子热运动无序性或混乱性的量度 孤立系统的熵永不减少 即 等于号适用于可逆过程
5、 大于号适用于不可逆过程 孤立系中不可逆过程总是朝着熵增加的方向进行 直至达到熵最大 熵增加原理 在孤立系统中发生的任何不可逆过程 都导致了整个系统的熵增加 系统总熵只有在可逆过程中才是不变的 或表述为 S 0 熵增加原理与热二率对不可逆的热现象的叙述是等效的 协调的 熵增加原理是热力学第二定律的数学表示式在孤立系统的表现形式 热力学第二定律的统计意义 S klnW 一个不受外界影响的孤立系统 其内部发生的过程 总是由概率小的状态向概率大的状态进行 由包含微观状态数目少的状态向包含微观状态数目多的状态进行 这是熵增加原理的实质 也是热力学第二定律的统计意义之所在 热力学第二定律的数学表达式 孤
6、立系统的平衡态dS 0 定温定体条件下的平衡态dF 0 G F pV U TS pV H TS吉布斯自由能 自由焓 F U TS亥姆霍兹自由能 自由能 定温定压条件下的平衡态dG 0 宏观物体由大量分子 原子 组成 分子本身有大小 分子之间存在一定的间隙 微观图象 组成物质的分子在永不停息地作无规则运动 此运动与气体温度密切相关 称热运动 分子动理论 基本特征 分子的永恒运动和频繁的相互碰撞 概率论 概率 在相同条件下进行同一个试验 某一事件出现的百分比 等概率性 在没有理由说明哪一事件出现的概率更大些 或更小些 的情况下 每一事件出现的概率都应相等 概率相加法则 概率相乘法则 分布函数和平均
7、值 归一化分布函数 概率密度 x x dx的概率 归一化条件 平均值 气体压强 理想气体微观模型 L d 分子可视作质点 除碰撞瞬间 分子力为零 两次碰撞之间 分子作惯性运动 分子与分子 分子与器壁碰撞为弹性碰撞 统计假设 平衡态时 1 分子向各方向运动机会相等 2 分子数密度分布均匀 3 分子速度在各方向分量平均值相等 理想气体压强公式 由状态方程 由压强公式 可见 从微观角度看 温度是分子大小的量度 表征大量气体分子热运动剧烈程度 是一统计平均值 对个别分子无意义 分子平均平动动能 理想气体的温度公式 方均根速率 由 可见 恒定时 T也是恒定的 所以是反映分子热运动剧烈程度的物理量 是一种
8、统计速率 能量均分定理 在温度为T的平衡态下 物质分子的任何一个能量自由度上均分配有kT 2的平均动能 理想气体的内能 理想气体的内能是温度的单值函数 麦克斯韦速率分布律 1 最概然速率 最可几速率 与分子速率分布曲线的极大值对应的速率 2 平均速率 3 方均根速率 大量气体分子的速率的平均值 麦克斯韦速度分布律 玻耳兹曼推广 重力场中的气体分子按位置分布 则有 一个分子单位时间里受到平均碰撞次数叫平均碰撞次数 迁移现象 不受外界干扰时 系统自发地从非平衡态向物理性质均匀的平衡态过渡过程 粘滞现象 热传导现象 扩散现象 气体内的迁移现象 输运现象 牛顿粘性定律 粘滞现象 傅立叶定律 热传导现象 菲克定律 扩散现象 物态和相变 水的相变曲线 物态 在一定温度和压强下所形成的具有某种稳定结构的粒子凝聚态 如固态 气态 液态 晶态 等离子态 超导态等等 相变 物质从一种物态向另一种物态转变
