大学物理(热学知识点总结)ppt课件

大学物理 热学 知识点总结 1 理想气体的压强 2 理想气体的温度和平均平动动能 3 摩尔理想气体内能 一 基本物理概念 一个分子的总平均动能为 每一个自由度的平均动能为 5 理想气体的摩尔热容 定体摩尔热容 定压摩尔热容 热容比 6 卡诺循环 平均碰撞频率 平均自由程 4 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 二 基本方程 1 理想气体的状态方程 2 麦克斯韦速率分布函数 三种速率 最概然速率 算术平均速率 方均根速率 3 麦克斯韦速度分布函数 4 玻耳兹曼分布律 重力场中粒子按高度的分布 大气压强随高度的变化 5 准静态过程的功 6 热力学第一定律 7 循环过程卡诺循环 1 热机效率与制冷系数 卡诺热机效率 2 卡诺循环 8 热力学第二定律的两种表述 1 开尔文表述不可能从单一热源吸收热量 使之完全变为有用的功而不产生其它影响 2 克劳修斯表述不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起外界的变化 9 热力学第二定律的统计意义 孤立系统内发生的自发过程总是从包含微观态数少的宏观态向包含微观态数多的宏观态 即从热力学概率小的状态向热力学概率大的状态转变 10 热力学第二定律的数学表达形式 熵增加原理 玻尔兹曼熵 克劳修斯熵 熵增加原理 习题 1 图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线 令分别表示氧气和氢气的最概然速率 则 2 两瓶不同种类的理想气体 它们的温度和压强都相同 但体积不同 则单位体积内的气体分子数n 单位体积内气体分子的总平动动能 EK V 单位体积内的气体质量 分别有如下的关系 A n不同 EK V 不同 不同 B n不同 EK V 不同 相同 C n相同 EK V 相同 不同 D n相同 EK V 相同 相同 3 在标准状态下 若氧气 视为刚性双原子分子的理想气体 和氦气的体积比V1 V2 1 2 则其内能之比E1 E2为 A 3 10 B 1 2 C 5 6 D 5 3 4 下列各图所示的速率分布曲线 哪一图中的两条曲线能是同一温度下氮气和氦气的分子速率分布曲线 5 一定量理想气体从体积V1膨胀到体积V2分别经历的过程是 A B等压过程 A C等温过程 A D绝热过程 其中吸热最多的过程 A 是A B B 是A C C 是A D D 既是A B 也是A C 两过程吸热一样多 6 一定量的理想气体 经历某过程后 它的温度升高了 则根据热力学定律可以断定 理想气体系统在此过程中吸了热 在此过程中外界对理想气体系统作了功 理想气体系统的内能增加了 理想气体系统既从外界吸了热 又对外作了功 A B C D E A b1a过程放热 作负功 b2a过程放热 作负功 B b1a过程吸热 作负功 b2a过程放热 作负功 C b1a过程吸热 作正功 b2a过程吸热 作负功 D b1a过程放热 作正功 b2a过程吸热 作正功 7 bca为理想气体绝热过程 b1a和b2a是任意过程 则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是 8 处于重力场中的某种气体 在高度Z处单位体积内的分子数即分子数密度为n 若f v 是分子的速率分布函数 则坐标x x dx y y dy z z dz介于区间内 速率介于v v dv区间内的分子数dN 1 有一定量的理想气体 从初状态a P1 V1 开始 经过一个等容过程达到压强为P1 4的b态 再经过一个等压过程达到状态C 最后经过等温过程而完成一个循环 求 该循环过程中系统对外作的功A和所吸收的热量Q 解 由已知可得 循环过程 2 8 4 0 02kg的氦气 视为理想气体 温度由170C升为270C 若在升温过程中 1 体积保持不变 2 压强保持不变 3 不与外界交换热量 试分别求出气体内能的改变 吸收的热量 外界对气体所作的功 3 一定量的单原子分子理想气体 从初态A出发 沿图示直线过程变到另一状态B 又经过等容 等压两过程回到状态A 1 求A B B C C A各过程中系统对外所作的功A 内能的增量 E以及所吸收的热量Q 2 整个循环过程中系统对外所作的总功以及从外界吸收的总热量 过程吸热的代数和 解 1 A B E1 CV TB TA 3 pBVB pAVA 2 750JQ A1 E1 950J 200J B C A2 0 E2 CV TC TB 3 PCVC PBVB 2 600J Q2 A2 E2 600J C A A3 PA VA VC 100J Q3 A3 E3 250J 2 A A1 A2 A3 100J Q Q1 Q2 Q3 100J 4 汽缸内有2mol氦气 初始温度为27 体积为20L 升 先将氦气等压膨胀 直至体积加倍 然后绝热膨胀 直至回复初温为止 把氦气视为理想气体 试求 1 在p V图上大致画出气体的状态变化过程 2 在这过程中氦气吸热多少 3 氦气的内能变化多少 4 氦气所作的总功是多少 普适气体常量R 8 31 解 1 p V图如图 2 T1 273 27 K 300K据V1 T1 V2 T2 得T2 V2T1 V1 600KQ Cp T2 T1 1 25 104J 3 E 0 4 据Q A E A Q 1 25 104J 5 一定量的某种理想气体进行如图所示的循环过程 已知气体在状态A的温度为TA 300K 求 1 气体在状态B C的温度 2 各过程中气体对外所作的功 3 经过整个循环过程 气体从外界吸收的总热量 各过程吸热的代数和 解 由图pA 300Pa pB pC 100Pa VA VC 1m3 VB 3m3 1 C A为等体过程 据方程pA TA pC TC可得TC TApC pA 100K B C为等压过程 据方程VB TB VC TC得TB TCVB VC 300K 2 各过程中气体所作的功分别为A B B C A2 pB VC VB 200J C A A3 0 3 整个循环过程中气体所作总功为A A1 A2 A3 200J 因为循环过程气体内能增量为 E 0 因此该循环中气体总吸热Q A E 200J 400J 6 3mol温度为T0 273K的理想气体 先经等温过程体积膨胀到原来的5倍 然后等容加热 使其末态的压强刚好等于初始压强 整个过程传给气体的热量为8 104J 试画出此过程的p V图 并求这种气体的比热容比 Cp CV值 摩尔气体常量R 8 31J molK 解 初态参量p0 V0 T0 末态参量p0 5V0 T 由p0V0 T0 p0 5V0 T得T 5T0p V图如图所示等温过程 E 0QT AT M Mmol RTln V2 V1 3RT0ln5 1 09 104J等体过程 AV 0QV EV M Mmol CV T M Mmol CV 4T0 3 28 103CV由Q QT QV得CV Q QT 3 28 103 21 0J mol 1 K 1 7 1mol氦气作如图所示的可逆循环过程 其中ab和cd是绝热过程 bc和da是等容过程 已知V1 16 4L V2 32 8L pa 1atm pb 3 18atm pc 4atm pd 1 26atm 试求 1 T1 T2 T3 T4 2 Ec 3 在一循环过程中氦气所作的净功A 1atm 1 013 105Pa 解 1 Ta paV2 R 400KTb pbV1 R 636KTc pcV1 R 800