《热学》(李椿 ) 电子教案().ppt

1、热力学电子教学案李椿高等教育出版社，绪论，热学是研究热现象的理论热现象：温度物理性质的变化热力学(热现象的宏命令规律)热现象统订物理学(热现象的微观规律)瓦斯气体分子动理论微观看，热现象是构成物体的粒子(分子、原子、电子等) 作为不停热运动结果的总体存在的确定性规定性的研究方法不同，热学内容体系模式图，引言第一章温度第二章气体分子运动论的基本概念第三章气体分子的热运动速度和能量的统一分布律第四章气体体内的输送过程第五章热力学第一法则第六章热力学第二定律第七章固体第八章液体第九章过渡相，引言(Preface )、 微观粒子处于永远的混乱运动中。 实验表明，分子运动的剧烈程度与温度有关，大量分子的

2、不规则运动称为热运动。 热运动是热现象的微观本质。 热现象是热运动的宏命令表现。 热运动本质上与机械运动不同。 热现象随机现象，第一章温度1.1平衡态残奥仪1.2温度1.3瓦斯气体的状态方程，1.1平衡态残奥仪，系统和外界1 .热力学系统(简称系统)在给定范围内，是由大量微粒组成的宏观客体。 2、与系统外界(简称外界)研究的热力学系统相互作用的其他物体。 热力学平衡态的一个系统在不受外界影响的条件下，如果其宏命令性质不随时间变化，可以说该系统处于热力学平衡态。 没有外界的影响，就是外界对系统既没有工作也没有传热，和稳定态的不同，稳定态是不会随时间变化的，但是因为有外界的影响，系统内部存在着能量

3、的流动和粒子的流动。 稳定态是非平衡态。 对平衡态的理解应该把“没有外部的影响”和“不会随时间变化”考虑到云同步中，这是不可或缺的。 金属棒是热力学系统。 根据平衡态的定义，杆上各点的温度不随时间变化，但杆与外界(冰、沸水)有能量交换。 与外部持续能量交换的热力学系统的状态，明显不是平衡态而是稳定状态。 注意：在热平衡：平衡态中，构成系统的微粒子还处于不停止的随机运动中，但由于它们的统一修正平均效果不随时间变化，所以热力学平衡态是一种动态平衡，称为热平衡。 决定状态残奥仪表的平衡态的记述平衡态的宏命令性质的量称为状态残奥仪表。 一般的状态残奥仪是几何残奥仪(例如瓦斯气体体积)力学残奥仪(例如气

4、体压强)化学残奥仪(例如混合瓦斯气体各化学成分的质量和摩尔数等)电磁残奥仪(例如电场和磁场强度、电极化和磁化强度等)，此时，只需体积和压力就可以确定系统的平衡状态、1.2温度、热平衡分别用刚性隔板隔开处于平衡态的2个系统a和b。 如果隔板是“隔热板”(图(a ) )，则a、b两系统的状态可以相互不影响地独立变化。 厚板、石棉板等可视为隔热板。 如果隔板是“传热板”(图(b ) )，则a、b两个系统的状态不能独立改变，一个系统的状态变化会引起另一个系统的状态变化，金属板是传热板。 两个系统通过导热板的相互作用称为热接触。经由导热板进行热接触的两个系统构成一个复合系统，当复合系统达到平衡态时，两个

5、系统可说处于热平衡。如果热力学第零定律(热平衡定律)两个热力学系统分别与第三系统处于热平衡，则它们的系统一定处于热平衡。 一些温度相互达到热平衡的热力学系统必然具有某种共同的宏命令性质，我们将确定该系统热平衡的宏命令性质定义为温度。 温度是状态的函数，实质上反映了分组体系中多个微粒子不规则运动的激烈程度。 温度是热学特有的物理量，某个系统与其他系统决定有木有达到热平衡。 处于热平衡的各系统的温度相同。 在热力学系统中，温度、内能量和熵这三个基本的状态函数内能量由热力学第一定律确定，熵由热力学的第二定律确定，温度由热平衡定律(热力学第零定律)确定。 温标(Temperature Scale )、

6、温度的数值表示法是温标经验温标理想气体温标热力学温标国际实用温标智能运输系统- 90，一、经验温标(Experience Temperature Scale )被称为摄氏温标华氏温标列氏温标的三要素a )测温物质和测温属性b )标点c ) 瓦伦海特(Gabriel Danile Fahrenheit，1686-1736，德意志玻璃工人，移居荷兰)制造了第一个实用温度校正：他被称为冰，水，然后是华氏，摄尔修斯(Anders Celsius，1701-1744 ) 8年后，受到同事施托默(M.Stromer )的广告老虎钳，交换了两个定点值。 叫做摄氏温度标度。 利奥米尔(Reaumur，1683

7、-1757，法国)以酒精和水的1/5的混合物作为测温物质，称为利奥米尔温标。 到1779年全世界有19种温标。图1-1、图1-2、百分温度坐标：使用相同的温度坐标，选择不同的测温物质测定相同对象的温度，得到的结果也不严格一致。 二、“理想瓦斯气体温度标度”需要建立统一的温度标度，以统一温度测量，并以此为基准校准其他各种温度标度。 采用合理的瓦斯气体温度修正作为标准温度修正，该温度修正通过瓦斯气体温度修正实现。 定容瓦斯气体温度坐标(瓦斯气体的体积不变，压力随温度变化来决定温度)，测温物质：瓦斯气体测温特性：气体压强固定点：水的三相点温度关系：假设，根据、气体压强p测定温度t ()的气体的压力越

8、低，即测温泡沫经济内的气体越薄， 不同气体定容温度的差变小：当压力为零时，各气体定容温度的差完全消失，给出相同的温度值，理想气体温度极限温度、三、热力学温度、热力学温度：是完全不依赖于任何测温物质及其物理属性的理想的温度热力学温度t (单位：开尔文k ) t=T273.15摄氏度(t=00C )，热力学温度t为273.15K，四，各种温度坐标之间的关系(therelationbetweenvarioustte )。 在国际校正量大会上，摄氏温度坐标由热力学温度坐标导出，1.3气体的物质状态方程热力学系统的平衡态能用状态残奥仪： p (力学残奥仪)，v (几何残奥仪)描述，在一定的平衡态下，热力

9、学系统有一定的温度t。 温度t是其他状态残奥节计的函数T=f(P，v )。 物态方程：温度和状态残奥仪表的函数关系。 简单热力学系统物质状态方程的一般形式：三个瓦斯气体实验规律： (一)玻璃纱万豪定律：当一定质量的瓦斯气体温度恒定时，其压力和体积乘积恒定。 常数c根据温度而有不同的值。(二)盖吕萨克定律(三)查理定律、一、理想的瓦斯气体状态方程、另外，根据在定压瓦斯气体温度校正下测温定压瓦斯气体的温度定标公式，将波姆定律代入上式，t是理想的瓦斯气体温度的指标，物质的根据阿伏伽德罗定律，p0时，在同温同压下1摩尔任何瓦斯气体所占体积都相同，即相同，所以对各瓦斯气体都相同，普适瓦斯气体常数、理想瓦

10、斯气体物质状态方程、方程严格遵循的瓦斯气体是理想瓦斯气体，理想瓦斯气体是理想模型，二、 普适瓦斯气体常数、1 cal=4.184 j、三、道尔顿分压定律、四、混合理想瓦斯气体状态方程、和/或m是各成分的质量之和，m是平均摩尔质量，求出平均摩尔质量m，作为质量百分率的氧的相对分子质量为32.0，氧的摩尔质量为32.0 kg/mol，空气的平均摩尔质量m是76.9% 28.0 23.1% 32.0=28.9 kg/mol空气的平均相对分子质量为28.9， 非理想瓦斯气体的物质状态方程，通常需要在高压和低温的条件下，建立非理想气体的状态方程第一类：范德瓦尔斯方程荷兰物理学家范德瓦尔斯和克劳斯考虑气体

11、分子间的吸引力和斥力的作用，修正了理想气体的状态方程：范德瓦尔斯方程为了、摩尔体积，测定a和b的最简单的方法是，在一定的温度下，测定与两个已知压力相对应的值，并加入上式求出。 理想的1mol瓦斯气体应用于任何质量瓦斯气体的范德瓦尔斯方程，瓦斯气体质量选择：式中的a、b、c，其中，m是摩尔质量，体积为、时，则代入前式、昂内斯方程，用级数表示瓦斯气体的物质状态方程。 的双曲馀弦值。 或者都是温度的函数，关于瓦斯气体的性质，分别被称为第一、第二、第三。 的双曲馀弦值。 的双曲馀弦值。 关于位力系数，当压力接近零时，上述两个式成为理想的气体状态方程，因此第一位力系数A=RT，其他位力系数需要在不同的温

12、度下将气体确定为压缩实验。 第二章瓦斯气体分子动力学理论的基本概念2.1物质的微观模型2.2理想瓦斯气体的压力2.3温度的微观解释2.4分力2.5范德华瓦斯气体的压力，分子动力学理论通过物质的微观结构阐明了热现象的规律，2.1物质的微观模型1，宏命令物体由大量的微粒原子或分子构成，在原子或分子间2 (布朗运动) 3、分子间有相互作用力，宏观的物体都是由不停移动的，有相互作用的分子或原子构成，利用扫描隧道显微镜技术将一个原子排列成IBM文字的摄影图片。 现代仪器对分子或原子的大小以及它们在物体中的排列方式进行观察、测量的扫描隧道显微镜等由多个分子组成的热力学系统进行微观研究时，必须采用统一的方法

13、.固体能够保持一定的形状，说明固体之间有吸引力的固体和液体难以压缩，分子液体：温度上升，不规则的运动激烈到某限度的话，由于分子力的作用分子被限制在一定的平衡位置附近不能做微小的振动，不过，使分子分散不能远离，作为液体状态表现。 气体：如果温度进一步上升，不规则的运动变得更加激烈的话，不仅分子的平衡位置消失，分子间也不能维持一定的距离，这时分子相互分散分离，分子的运动几乎成为自由运动，成为气体状态。 2.2理想瓦斯气体的压力一、理想瓦斯气体的微观模型实验基础： 1、瓦斯气体易压缩2、瓦斯气体分子可达到的任何空间。 3 .在平衡态，瓦斯气体的温度和压力不随时间变化。 1 :理想瓦斯气体的微观模型：

14、 1，分子自身的线性度与分子间的距离相比可以忽略不计，分子被视为无体积的质点。 2 .除了碰撞瞬间，分子间及分子与器壁间没有相互作用力，忽略分子受到的重力。 3 .分子间及分子与器壁间完全弹性碰撞，无能量损失，瓦斯气体分子动能不会因碰撞而损失。 容器内各处的气体分子数密度相同的分子的任何方向的运动都不比其他方向的运动占优势，由此可知，分子的速度与各方向成分的各种平均值相等，2 :在平衡态的统一假设，例如注意： 3、理想的气体压力式、1、压力的产生、各个分子碰撞器壁的作用力是多数分子整体的各个分子、多个分子、平均效应、密集雨对伞的冲击力、大量瓦斯气体分子相继碰撞器壁产生压力，从微观上看，瓦斯气体的压力等于大量分子在单位时间内对每单位面积器壁施加的平均冲击力。 是的，dI是多数分子在dt时间内施加在器壁dA面上的平均脉冲量。 体积为v的容器中储存有n个质量为m的分子组成的理想瓦斯气体。 如果忽略平衡态中重力的影响，则分子在容器内的位置分布是均匀的。 分子数密度n=N/V .注： m是每个分子的质量，2、压力的微观实质，结论：一个分子在一次碰撞中对dA施加的冲击量，是理想的气体压强式的导出，首先研究一个分子在一次碰撞中对dA施加的作用速度2， 在dt时间内，所有分子可以在施加于dA的总冲击量dt内对dA进行冲击，以dA为底，在dt位于高的柱内的部分的粒子，分子数密度，在dt时间内可以