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1、物理 第8章,第一节 内能 热传递 热量,内能 物体中的分子由于永不停息地作无规则的运动，而具有的动能称为分子动能。另一方面，在分子力相互作用的范围内，对应于分子间的相对位置，分子所具有的势能，称为分子势能。 物体内所有分子动能的平均值称为分子的平均动能。 物体内部所有分子的热运动动能和分子势能的总和，称为物体的内能(internal energy)， 也称为热力学能(thermodynamic energy)用“U”表示。 在常温常压下，气体分子间的间距很大，分子力很小。如果忽略了分子力的作用，就可以忽略气体之间的分子势能，这时气体的内能仅与温度有关。我们把这样的气体称为理想气体。,第一节
2、内能 热传递 热量,内能的变化 内能与机械能通过做功可以相互转换。但做功并非改变内能的惟一方式。 我们把不通过做功而使物体的内能改变的过程称为热传递(heat passage)。热传递有热传导、对流和热辐射三种方式。,热量 热传递时所转移的内能的多少，称为热量(quantity of heat)，常用符号Q表示。习惯上所谓“物体吸热(或放热)多少”，真正意思是说：“由于热传递的结果，物体的内能增加(或减少)多少。” 热传递的条件是物体之间必须有温度差。 称为热平衡方程。 在国际单位制中，内能和热量的单位都是焦耳(J)，此外，过去工程中习惯上常用的热量单位有卡(cal)、千卡(kcal)等单位。
3、工业上常说的大卡实际上就是指千卡。,第二节 物态变化时的潜热,物质的固态、液态和气态是物质的三种状态，它们具有明显的物理特征，在一定的条件下这三种状态是可以互相转化的。我们把物质物理状态的变化，统称为物态变化。 在温度不变的情况下，物态发生变化时物质要吸收或放出一定的热量，这种热量称为潜热。 熔化与凝固 物质通过吸收热量由固态变成液态的过程，称为熔化(smelt)，相反，从液态转变为固态的过程称为凝固(solidify)。 晶体与非晶体在熔化时表现出不同的特征，其原因就是由于它们存在不同的内部结构。晶体具有一定的熔化温度熔点，而非晶体则没有固定的熔点。物质在熔化时要吸收热量，在凝固时要放出热量
4、。,熔化热 单位质量的某种晶体物质，在熔点完全变成同温度的液体时所吸收的热量，称为这种晶体的熔化热()。在国际单位制中，熔化热的单位是焦耳每千克(J/kg)。 如果某晶体物质的质量为m，熔化热为，则它完全熔化时所需要的热量为 由液体凝固为晶体的过程称为结晶。 对于非晶体，如塑料、玻璃、松香等，其微观结构与液体相似，在加热熔化过程中由于不需为破坏空间点阵结构而消耗能量，所以，其温度会不断地上升，宏观上表现出非晶体没有固定的熔点。因此，也就没有一定的熔化热。,汽化与液化 物质从液态变成气态并吸收热量的过程，称为汽化(vaporization)，由气态转变为液态的过程称为液化(fluidify)，又
5、称为凝结。 汽化有两种方式:蒸发和沸腾。仅仅在液体表面发生的汽化，称为蒸发(evaporate)。在一定压强下，液体的温度升高到某一温度时，在液体内部和表面同时发生的汽化，称为沸腾(secthe)。沸腾时液体的温度保持不变，这个温度称为沸点(boiling point)。 单位质量的液体，在一定温度下完全变成同温度蒸气时所吸收的热量，称为这种液体在该温度下的汽化热()。 在国际单位制中，汽化热的单位也是焦耳每千克(J/kg)。,第二节 物态变化时的潜热,例8-1 在地球大气层上空垂直太阳光的平面上，每秒钟每平方米可接收到1.35103J(记为I=1.35103W/m2)的太阳能，这些能量的大部
6、分被大气层吸收，全年平均起来大约15到达地面。已知地球的半径约R0=6.4106m，地面水域占全球面积的71，平均汽化热可估计为=2.47106J/kg，试估算每秒钟进入大气的平均水蒸发量m。,饱和蒸汽与未饱和蒸汽 当单位时间内从液面飞出的分子数等于返回液体的分子数时，液面上方的蒸汽密度就保持不变，液体也不会减少，此时称为液体饱和蒸汽达到了动态平衡。关于动态平衡必须注意以下几点： (1) 处于动态平衡时，液体的蒸发仍不断在进行； (2) 处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大； (3) 在密闭容器中的液体，最后必定与其上方的蒸汽处于动态平衡状态中。 饱和蒸汽
7、的特点是： (1) 在一定温度下，饱和蒸汽的密度是一定的，饱和蒸汽的密度随温度的升高而增大。未饱和蒸汽的密度小于饱和蒸汽的密度。 (2)在一定温度下饱和蒸汽有一定的压强。饱和蒸汽所具有的压强称为这种液体的饱和蒸汽压。,空气的湿度 空气中所含水汽的大小称为空气的湿度，也可通俗地理解为空气的潮湿程度。 空气中水蒸气的压强p称为空气的绝对湿度。空气的湿度可以用空气中所含水蒸气的密度，即单位体积的空气中所含水蒸气的质量来表示。 为了表示空气中水蒸气离饱和状态的远近而引入相对湿度概念。某温度时空气的绝对湿度p跟同一温度下水的饱和蒸汽压pS的百分比称为空气的相对湿度.用公式表示是,露点 使空气里的水蒸气刚
8、好达到饱和时的温度称为露点。露点温度时水的饱和蒸汽压就是空气的绝对湿度。根据露点和气温的差值，可大致判断出相对湿度大小，差值越大，相对湿度越小。当空气温度降至露点时，水蒸气将凝结成水。,第三节 热力学第一定律,热力学第一定律 当物体从外界吸收热量Q时，物体的内能将增大，所量等于Q；当物体膨胀对外做功W时，物体的内能减少，所减少的数量等于W。这个过程之后的内能与过程发生前的内能之差，称为内能的改变量，用U表示。因Q和W都是能量变化的量度，应有U=Q-W，即可得如下结论： 物体从外界所吸收的热量，一部分使物体的内能增加，一部分用于物体对外做功。这就是热力学第一定律(first law of the
9、rmcdynamics)，它不仅说明了热量与功是通过内能的变化联系起来的，而且给出了三者的定量关系。,第三节 热力学第一定律,例8-2 图8-5、图8- 6表示气缸中气体的状态变化过程，在BC过程中，p2=1.5105Pa，V1=3.010-3m3，V2=9.010-3m3，气体吸收热量QBC=1.7103J，求气体对外做的功WBC和内能的改变量U。,人类与环境 热机和制冷机既是人类物质文明的重要体现，同时也是污染人类生态环境的主要根源之一，其中最突出的是对大气的污染。因此，减少大气污染，保护环境、爱护环境已成为全球公众普题，因为我们只有一个地球！ 从目前国际上的发展趋势来看，为防止大气中二氧
10、化碳等有害物质含量的提高，除保护森林植被和植树造林外，应该尽量用“核燃料”取代矿物燃料，用其他能源(如氢气、乙醇、甲烷)取代汽油和柴油，并发展电动汽车。为使大气臭氧层不再遭受破坏，必须推行无氟化制冷剂或采用新型的制冷技术。,能量守恒定律 能量既不能创生，也不能消灭，只能从一种形式转换为另一种形式，或者从一个物体传递到另一物体，而能量的总和保持不变。这就是能量守恒定律(law of conservation of energy)。 物理学的任务在于发现普遍适用的自然规律，这种规律的最简单形式之一，就是某种物理量的守恒。能量守恒定律是最基本最重要的守恒定律，它用于热现象的形式就是热力学第一定律。,
11、第四节 能量守恒定律,能源的开发和利用 能量自发地转换或传递是有方向的，换句话说，并非满足能量守恒定律的“事件”都会实际发生。你见过用冰烧水的事吗？如果水增加内能而冰减少相等的内能，不也满足能量守恒定律吗？但这样的事不会发生。燃烧过程的方向性同样显著：一块煤烧掉了，散发出去的烟、气、光、热，绝不会自动反转回来，重新合成原来的那块煤，它是“一去不复返”的。这种方向性所造成的结果是：世界上以能够做正功的形式存在的能量，总是不断地减少下去，同时，环境也在逐步恶化。因此，虽然任何物质都具有能量，但还是存在“能源问题”，甚至会发生“能源危机”和“环境危机”。,第五节 低温技术简介,低温技术的获得 低温技
12、术是指使自然界的某种物体或某空间达到低于周围环境的温度，并使之维持这个温度的技术。实际上低温技术是指低温的获得和利用技术，通常也称为“人工制冷”。 低温技术的应用 自1834年美国人玻耳金斯首次研制成功用人力转动，以乙醚作为制冷剂的制冷机开始，一百多年来，随着科学技术的不断发展，低温技术已广泛地被应用于工业生产过程、医疗卫生、文化体育及日常生活等国民经济和人类生活的各个领域。,小 结,一、内能、热传递及热量 (1)物体内部所有分子动能和分子势能的总和，称为物体的内能，用“U”表示。 (2)把不通过做功而使物体的内能改变的过程称为热传递。 (3)热传递时所转移的内能的多少，称为热量。 (4)做功
13、和热传递是实现能量转移的两种不同的物理过程，功和热量则是对应的两种能量转移的不同量度。,二、物态变化时的潜热 (1)在温度不变的情况下，物态发生变化时物质要吸收或放出一定的热量，这种热量称为潜热。 (2)单位质量的某种晶体物质，在熔点完全变成同温度的液体时所吸收的热量，称为这种晶体的熔化热()，即Q=m。 (3)单位质量的液体，在一定温度下完全变成同温度蒸气时所吸收的热量，称为这种液体在该温度下的汽化热()，即Q=m。 (4)跟液体处于动态平衡的蒸汽称为饱和蒸汽。 (5)空气中所含水蒸气的大小称为空气的湿度。 (6)使空气里的水蒸气刚好达到饱和时的温度称为露点。,三、热力学第一定律 四、能量守恒定律,
