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1、热学课程小结重点内容 学号： 0706020307 宋亚男 班级：通信工程31、 温度的概念与有关定义 2、理想气体的微观模型与大量气体的统计模型。速度分布的特征。3、理想气体状态方程与应用4、理想气体的压强与公式推导的思路5、速率分布函数的定义与应用。三个统计速率与应用。6、真实气体的状态方程修正的两个因素。气体液化的规律*7、能量均分定理与理想气体内能计算。8、热力学第一定律与应用（拓展：能量守恒定律发现的物理学史）9、平衡态与准静态过程（其特点是什么）10、气体比热容（理想气体，拓展：温度很低、很高时真实气体的比热容，量子理论解释*）11、理想气体的定体摩尔热容量、定压摩尔热容量以及两者
2、之间的关系。12、绝热过程的过程方程的推导与应用。13、循环过程的特点，功热之间的关系。效率的定义与计算。卡诺循环的效率的证明与应用。14、可逆过程与不可逆过程15、热力学第二定律：（1）经典叙述；（2）第二定律的实质； （3）第二定律的微观意义；（4）第二定律的统计意义；（6）热力学第二定律的数学公式；16、熵与热力学概率，熵的计算方法；熵增加原理。1.温度的概念与有关定义：a.热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡b.温度是表征系统热平衡时宏观状态的物理量,温度的数值表示法温标。摄氏温标，t表示，单位（ ）.热力学温标,即开尔文温标,T表示，单位（K），
3、开尔文。热力学温标的刻度单位与摄氏温标相同，他们之间的换算关系：TK=273.15（ ）+t温度没有上线，却又下限热力学温标的绝对零度，温度可以无限接近0K，但永远不能达到0K。2.平衡态 准静态过程 a体积、压强和温度是描述气体宏观性质的三个状态参量 b. 平衡态:对一个孤立系统（不能与外界有能量的交换）而言，如果宏观性质在经过充分长的时间后保持不变，也就是系统的状态参量不再岁时间改变，则此时系统所处的状态称平衡态。不满足此条件的都为非平衡态。c. PV图上的一个点表示一个平衡态，一条曲线则表示一个准静态过程。 模型：一密闭孤立容器，中间用一隔板隔开，分为A、B两室，A室充满气体，B室为真空
4、。最初A室气体处于平衡状态，宏观性质不随时间变化，将隔板抽掉，A室气体向B室扩散，扩散过程状态参量没有确定值，所以中间态为非平衡态。随着时间推移，气体充满整个容器，扩散停止，达到新的平衡。e. 系统状态发生变化的整个历程热力学过程，可分为准静态过程和非准静态过程。 准静态过程：过程中的每个中间态都无限接近于平衡态，是实际过程进行的无限缓慢的极限情况，可用PV图上一条曲线表示。 非准静态过程：中间状态为非平衡态的过程。 模型：一活塞压缩汽缸内的气体，快速移动时，使气体体积迅速变小，则汽缸中气体分子分部不均匀，无法用状态参量描述整个系统的状态，过程为非静态过程；若缓慢移动活塞，每一个中间状态都可近
5、似的看做平衡态，此过程为准静态过程。3.理想气体状态方程 一定质量的气体处于平衡态时，三个状态参量P.V.T存在一定的关系，即气体的状态方程 f（P,V,T）=0 理想气体：同时满足玻意耳定律、盖吕萨克定律、查理定律的气体。理想气体状态方程: (描述一定量的气体在封闭系统内俩个不同状态之间的关系)，进一步的，PV =T,令R=8.31J/mol.K，称为摩尔气体常数.4.热力学第一定律：（适用条件：初、末两个状态为平衡态，可为准静态和非准静态过程） 内能：系统内分子热运动的动能和分子间的相互作用势能之和，大小取决与系统的状态，一般气体的内能是温度T与体积V的函数，表示为E=f(T,V). 理想
6、气体的内能只与分子热运动的动能有关，是温度的单值函数，可表示为E=f(T).改变内能的两种方法：做功和热传递当两个温度不同的系统相互接触时，能量会自发的由高温物体向高温物体传递，使较热的物体变冷，较冷的物体变热，最后达到热平衡而具有相同的温度。系统之间由于热相互作用而传递的能量，称为热量。用Q表示。国际单位，J焦耳。注意：功和热量都是过程量，内能为状态量。包括热现象在内的能量守恒规律称为热力学第一定律，数学表达式为： Q=E + W（使用于气体、液体、固体）Q表示相同与外界交换的热量，W表示系统对外界所做的功，E表示内能的增量。相应的符号规定：系统吸热时Q0,放热时Q0, 外界对系统做功时，W
7、0,内能减少时，EV时，气体膨胀，系统对外做功，W0;当VV时，气体被压缩，外界对气体做功，W0; 准静态过程中的热量：C=为系统在该过程中的热容，单位为J/K。 比热容：单位质量的热容，记作c，单位J/K.kg,设系统的质量为m，则有， C=mc.一个质量为m,摩尔质量M的系统，在某一微过程中吸收的热量为= ,当温度从T升值T时，其吸收的热量为 Q=,m/M为物质的量，C=cM 称为摩尔热容,即1 mol物质温度升高或降低1K所吸收的（或放出）的热量。定义式为： C=,有(定体摩尔热容)(定压摩尔热容)准静态过程中的内能变化： 对于不同的热力学过程，只要始、末两个状态相同，不光经历了怎样的过
8、程，内能的改变量都相同。等体过程中，W=0；所以，E=Q=6.热力学第一定律的应用1.等体过程 W=0, Q=-=V2.等压过程 =,E=则系统在等压过程中吸收的热量为 =+=3.定体摩尔热容与定压摩尔热容的关系为 (迈耶公式)，要使同一状态下1mol的理想气体温度升高1K，等压过程需要吸收的热量比等体过程吸收的热量多8.31J。可以知道，R在数值上就等于1mol理想气体在等压过程中温度升高1K时对外做的功。比热容比：4.等温过程 温度保持不变的过程，因此内能保持不变，E=0，即系统吸收的热量全部用来对外界做功，根据热力学第一定律有, W= W=ln=ln5.绝热过程：在状态变化中，系统与外界
9、没有热量的交换，dQ=0所以=-W.表示在绝热过程中，外界对系统所做的功全部用来增加系统的内能；或表示为W=-E表示在绝热过程中，系统对外界做功只能凭借消耗自身的内能。W=-E=-,绝热方程的几种表示方法:TV=C PV=C =C功的令一种表述为：W=p-v图上，绝热线要比等温线陡些。6.循环过程：系统经历了一系列的状态变化以后，又回到原来状态的过程。沿顺时针方向进行时，系统对外所做的净功为正功，称正循环，沿逆时针的相反，称逆循环。特点：E=0，由热力学第一定律的，吸收的热量-放出的热量=对外所做的功，Q1-Q2=W热机效率=1-0 (吸热) 0 (放热) =1-,将Q、Q带入，又两个绝热过程
10、，应满足理想气体的巨热方程，TV=C，整理得：=1-=1- ,卡诺循环是无摩擦准静态的理想循环，是对实际热机的抽象结果。卡诺循环只与俩个热源的温度有关.卡诺定理：1.在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切可逆热机其效率都相等与工作物质无关。2.在相同的高温热源和相同的低温热源之间工作的一切不可逆热机的效率都小于可逆热机的效率。提高热机效率的办法：一是尽可能使实际的热机接近于可逆机，具体来说，就是减少各种耗散力做功，避免漏气、漏热等情况的发生；二是尽可能的提高高温热源的温度（因为降低低温热源的难度和消耗较大）。7.可逆过程与不可逆过程（实际的自发过程具有方向性） 可逆过程：如果一个系统的
11、从某一状态经过一个过程达到另一种状态，并且在系统状态发生变化的同时对外界产生影响，而若存在另一个过程，是系统逆向重复原过程的每一个状态而会到原来的状态，并消除了对外界的影响，则原来的过程就叫做可逆过程。 不可逆过程，相反。 可逆过程只是一个理想过程。实际过程中只要过程进行的足够缓慢，并且可以忽略摩擦等耗散力所做的功8.热力学第二定律 开尔文表述：不可能制造出这样的一种热机，它只从单一热源吸收热量，并将其完全转化为有用的功而不产生其他影响。（热机转换的不可逆性） 克劳休斯指出：不可能把热从低温物体传到高温物体而不长生其他影响。热量不可能自发的从低温物体传到高温物体。（热传导的不可逆性）9、理想气
12、体微观模型，大量气体的统计模型，速率分部A理想气体的微观模型：1.气体分子的大小与气体分子之间的平均距离相比要小得多，因此可以忽略不计，可将理想气体分子看作质点；2.除分子之间的瞬间碰撞以外，可以忽略分子之间的相互作用力，因此分子在相继两次碰撞之间作匀速直线运动；3.分子间的相互碰撞以及分子与器壁的碰撞可以看作完全弹性碰撞。B大量气体的统计模型:平衡态时分子按位置的分布是均匀的，即分子数密度到处一样，不考虑重力影响；分子各方向运动概率均等。C理想气体的速度分布的特征： 理想气体的无规则的运动使得分子以各种大小的速率沿各个方向运动。由于频繁的碰撞，分子之间不断交换动量和能量，但由于分子是全同的，
13、所以分子的速度分布不变，有一定的规律性。平衡态时分子按位置的分布是均匀的，即分子数密度到处一样，不考虑重力影响；分子各方向运动概率均等，即沿X、Y、Z轴的平均速度等于零。10.理想气体压强的统计意义 设体积为V的长方体内，有某种理想气体，分子质量为，由于N非常巨大，所以气体包含各种可能的分子速度，把相同速度的分子分为一组，分子数密度为,当气体处于平衡状态时，器壁上的压强处处相等，单个分子遵循力学规律，x方向动量变化，分子施于器壁的冲量，两次碰撞间隔时间。单位时间碰撞次数。单个分子单位时间施于器壁的冲量。单个分子单位时间施于器壁的冲量(平均冲力) 大量分子总冲量，单位时间 N 个粒子对器壁总冲量
14、，器壁所受平均冲力，统计假设 分子平均平动动能所以 ，道而顿分压定律：如果容器种有多种气体分子，则每种气体的压强由理想气体的压强公式确定，混合气体的压强应该等于每种气体分子组单独作用是时的压强总和。数学表达式为 11.气体分子平均动能 ， 得 =,气体温度的微观实质气体温度标志着气体内部分子无规则热运动的剧烈程度，乃是气体分子平均平动动能大小的量度。=NkT=12.能量均分定理 在温度为T的平衡态下，物质分子的每个自由度都具有相同的平均动能，其值为，则分子的平均动能可表示为：理想气体的内能：1mol 理想气体的内能为=,所以理想气体的内能为E=13.速率分布（）物理意义：速率在v扑进单位速率区间内的分子数的比。 设在一定质量的理想气
