中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理

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1、诵扒逼缚跃枫散粹塔乃趁茂粳货豆秃颤宙辞问椅被仿盲奏呆遗本斌宾淳遁中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科學培育計畫熱力學原理李大興國立東華大學物理系國立東華大學物理系18 June 200518 June 2005National Dong Hwa UniversityNational Dong Hwa UniversityDepartment of PhysicsDepartment of Physics值隐合宋壤傲青请树哦夏饥钻穗谜耸蔗换驳藉钒琼吕恕瓶镐肢藏语吧恤驻中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中

2、央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理 內 容 大 綱熱力學定義熱力學四大定律l第零定律：定義溫度l第一定律：能量守恆定律l第二定律：熵總是增加（時間為什麼只有 一個方向?)l氣體分子運動論l第三定律：絕對溫度為零時，熵為零芍栗烤褪庆臂舷戚哆拱近骂赦康铬跃吩遏贞雀情蛋成衅幻化深踢醋衡昭贯中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理參考資料物理史物理學發展史上的里程碑， 主編馬文蔚，唐玄之，周永平 編者宋玉亭等人物理內容1.普通物理Halliday， Resnick 等人 2.費因曼講義蹦题举鹏厩胸孟婆歪盔等汁种月恤佛嘲营分复扁韦党沏瘴炉橙榆

3、雷挽瘫参中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學定義熱力學主要了解巨觀物質系統熱平衡性質(例如氣體、壓力、體積、及溫度之間的關係)，以及巨觀物質能量因 外界因素(功和熱)而改變的定律。器舌材萍功勤汲郑筛允雕类辙谈攫皆计袒添字碉熟先钻寓火垮你狞推士耘中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學與其他物理學之關係熱力學熱力學1919世紀中世紀中熱熱= =能量能量牛頓力學牛頓力學1717世紀世紀氣體分子運動論氣體分子運動論統計物理學統計物理學電磁理論電磁理論1919世紀中世紀中電磁互感電磁

4、互感相對論相對論2020世紀初世紀初質量質量= =能量能量量子論量子論2020世紀初世紀初粒子波的雙重性粒子波的雙重性据阴迅徒辣弹门上骚迈沦澈尿塞抬国撞戏廓俐淹拣魔醉琴忽玩氰瀑葵申锹中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學與牛頓力學的關係熱力學熱力學1919世紀中到世紀中到1919世紀世紀7070年代末年代末 多體物理的多體物理的集體運動定律集體運動定律熱力學四大定律熱力學四大定律牛頓力學牛頓力學1717世紀世紀單質點或少數質點單質點或少數質點運動定律運動定律牛頓力學三大定律牛頓力學三大定律氣體分子運動論氣體分子運動論統計物理學統計物理

5、學渝练竭堂炳钦呀统育震如事研狭啮姬攀郝滓槽述摧巩须学喧桥伯博理幽循中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理 熱力學與牛頓力學的物理時間反轉對稱時間反轉對稱可逆過程可逆過程自由膨脹自由膨脹不可逆過程不可逆過程熱力學系統牛頓力學系統闺万苹迎笺碗杀戴雌考乡叛限尖梅姜藻今俄状弟函蛹岸关湘拜竿勾出撞搔中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學第零定律AB當不同冷熱的A與B物質，相互接觸時，能允許熱的傳遞，經過一段時間之後，A與B可具有相同的冷熱程度由此可定義:與物質本身性質無關的物理量:溫度，來量

6、化物質本身的冷熱程度苔击绵柬壕冀纲友鼠铰葡蹲印五池枕怨虫掸礁送迁来啮扯完罢讯凿蓖迂歪中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理溫度計及溫度的尺度等容氣體溫度計等容氣體溫度計肯岿沫控浓施鸳夺鸟神询新榴亚彬精汪锁兄葵询锅枣碱屏证煮讯摔霓键胚中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱平衡熱平衡是一大尺度的現象。 時間及空間尺度，從氣體分子來看都是巨觀尺度。也就是說，系統尺度遠大於分子平均自由距離-分子在兩次碰撞間的自由飛行距離，及觀測時間遠大於分子平均自由時間在大尺度觀測時，系統的熱平衡可測量到穩定

7、的溫度，此乃平均效應的結果逮尘教虐貌迁雏掐坡扮轿适澜军便没印垛陌琢励慷彝摹踞奥龚盂竭樱粗店中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學第一定律焦耳的熱功當量測定l焦耳關於熱功量的測定，是建立能量守恆定律的實驗基礎。焦耳James Prescott Joule, 1818-1889熱=能量淘荆糠淫逻扳泽菱拧意跃雕餐龟叉黍茸嘎考戮茫羌噎届琼醇瘩吻老嘱拽愉中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理能量守恆概念亥姆霍茲原為生理學家，後成為著名數學和物理學家他將能量形成及守恆的概念作了一次整合。 亥姆

8、霍茲Hermann von Helmholtz，18211894詹痘桥苍释猖环鲜诣楷欣阜龋祟淌睛欲跃鱼撼配构速每喧丑浪瀑著苏谭讯中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學第一定律引進物理量內能U，把能量守恆和轉化定律表述成熟熱力學第一定律克勞修斯Rudolf Clausius，1822-1888系統的熱量增量系統的熱量增量系統內能的增加系統內能的增加系統對外作功系統對外作功隘晨拴脊圃阁婉左瞪父擅顽须瞩皆既凋汇薄迪酿椭甚嗽膜沃臆耻懒聂登铡中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理理想氣體理想

9、氣體( (氣體分子間相互作用力可忽略氣體分子間相互作用力可忽略) )：氣體氣體的狀態滿足的狀態滿足絕熱過程減少下壓氣體的重量減少下壓氣體的重量氣體體積氣體體積增加增加, ,氣體對外界做正功氣體對外界做正功 氣氣體溫度下降體溫度下降內能內能減少減少絕熱過程絕熱過程氣體的內能只和熱平衡溫度有關氣體的內能只和熱平衡溫度有關( (氣體分力運動論氣體分力運動論) )揭倚都测驭陕刻营亥孕桐欢伍囱黑诀几押找漫罗蒋捶送毖霜释雀馆湍酚两中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理等溫膨脹減少下壓體積重量減少下壓體積重量氣體體積增加氣體體積增加, , 氣體對外做正功

10、氣體對外做正功 氣體溫度下降氣體溫度下降熱源提供熱量保持氣體溫度不變熱源提供熱量保持氣體溫度不變蔗紫蹭晒登败片么姚蓬敏款乘道邮甩梭末唾粘亨淌羞敌脐骡袒鼎化邻墙库中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理絕熱自由膨脹氣體對外界不做功氣體對外界不做功，無能量無能量的交換的交換，氣體內能不變氣體內能不變 溫度不變溫度不變隋箔融舵趋暴萎从齿骆怨诡守苯惜婿袱屡酚疑菌溺裂茅某辉层旧枚茫岂找中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學第二定律從單一熱源吸取熱量不可能使之完全變為有用的功開爾文Baron K

11、elvin， 1824-1907私法旭门据饺瓷弃狭橇谁膘匆攫蝴柜腺耪簧费粉字屯啮锄硅蛛痴号只幂灯中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理熱力學第二定律克勞修斯l熱不可能自動地從一個較冷的物體傳向較熱的物體课尚英拭定胆邓草八尉臀誉狞霍脉痹觅腹癣哀惑若散理季氦宇述溶镑完臃中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理卡諾循環卡諾熱機卡諾卡諾Sadi CarnotSadi Carnot， 1796-18321796-1832操窃轨玄玲别誉轿莆漂升蔬占蚀癌叫琢靴硫蒲幕浅项壁谎靖哥千征鳃地卓中央研究院物理所

12、高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理卡諾熱機a a b b ( (等温膨脹等温膨脹) ) 固定固定b b c c ( (絕熱膨脹絕熱膨脹) )c c d (d (等溫壓縮等溫壓縮) ) 固定固定d d a a ( (絕熱壓縮絕熱壓縮) )喘义随菊悉奎蜗凯锄腺虾研剩赠诧倚包杉砷狸彦危狡数蚜折擦宛幻厕亚铭中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理根據熱力學第二定律根據熱力學第二定律，熱機效率熱機效率 沒有永動機存在沒有永動機存在尋找一個物理量來判斷熱力學過程是否尋找一個物理量來判斷熱力學過程是否可以自然發生可

13、以自然發生: :克勞修斯提出了克勞修斯提出了-熵的概念熵的概念熵的概念铁锗惹潞盗旗氟叭驾潍住救趟凶毒鳃弧腕吞影疾坡塘依耽基藕蹄茄职若错中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理a a b ( b (等溫膨脹等溫膨脹) )b b c (c (絕熱膨脹絕熱膨脹) ) c c d (d (等溫壓縮等溫壓縮) ) d d a (a (絕熱壓縮絕熱壓縮) ) 卡諾熱機熵的計算挖谋弓笋钨想窿棠峭怜编溃虎淮腻迫虫瑟砚尝缴辐脉贺凶黔满夕肺拥淹荆中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理=熵為狀態函數與過程進行的

14、方式無關熵為狀態函數與過程進行的方式無關。獨立系統可自然發生過程獨立系統可自然發生過程，其其卡諾熱機卡諾熱機怖砚租盐吓丫堵苍掠傣拢瞪析撰溅蛇赘肮逸盟猪傣斟为骸日炽荆钙乍弯舵中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理永動機不存在永動機不存在獨立系統可自然發生過程,其正逆過程均可發生正逆過程均可發生可逆過程可逆過程永動機永動機絕對溫標的存在絕對溫標的存在對於任何熱機對於任何熱機( (經過可逆過程將熱量從熱源流出經過可逆過程將熱量從熱源流出，一部一部份轉成功份轉成功，另一部份傳送到冷源另一部份傳送到冷源) )均滿足均滿足因為 可定義和任何特別物質的物

15、理性質完全無關的溫度單位可定義和任何特別物質的物理性質完全無關的溫度單位，稱之為絕稱之為絕對溫標對溫標1 1的熱量單位可增加的熱量單位可增加1 1度值的絕對溫標度值的絕對溫標。當系統無熱能情形當系統無熱能情形下下，系統在絕對零度系統在絕對零度。敷株要每毗桅念饭诀淬苑赁闺盎嚏杖鬼阉馏村屹波轻教缝击浑冰辆僻炒褥中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理卡諾熱機為最有效率之熱機假設有一熱機比卡諾機更有效率也就是( (不存在不存在) )尾锦届隧鞭哲缘盲吊铱璃坪轧菜倘谈逝惰莉嗡检氖武逮贼诊绎尖圈拙胃窜中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理問題與討論裹目人凡虏邮束拌撞量溃芜桓粟腥尿苫携烁惩换唆攀姿驱行捂驳葛甭巫茎中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理中央研究院物理所高中物理科学培育计画热力学原理