热力学第一次课(2011上课).ppt

1、教学安排,教学内容,热学(18)、振动和波(10)、波动光学(16)、量子物理基础(20),答疑,集体答疑 时间：每周周一 周四 （19:30 22:00） 地点：中2-3224,作业,物理竞赛(大约在12-14周进行),刘萍 办公电话: 82663339 办公地点: 中1-3119 Email: ,本班答疑 时间：每双周星期三 （16:30 18:30） 地点：中1-3119,11.1 热力学的研究对象和研究方法,一.热学的研究对象,热现象,热 学,物体与温度有关的物理性质及状态的变化,研究热现象的理论,热力学,从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观规律,宏观量,二. 热学的研究方法,微

2、观量,描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体积、热容量、密度、熵等。,描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、动量等。,微观粒子,观察和实验,出 发 点,热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质,二者关系,无法自我验证,不深刻,缺 点,揭露本质,普遍，可靠,优 点,力学规律 统计平均方法,逻辑推理 总结归纳,方 法,微观量,宏观量,物 理 量,热现象,热现象,研究对象,微观理论 (统计物理学),宏观理论 (热力学),气体动理论是统计物理学的重要组成部分,说明,11.2 平衡态与准静态过程 理想气体状态方程,一. 系统和外界,热力学系统,热力学所研究的具体对象，简称系统。,外界,

3、系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。,系统以外的物体,系统与外界可以有相互作用,例如：热传递、质量交换等,系统,系统的分类,开放系统,系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。,封闭系统,孤立系统,系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。,系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。,二.气体的状态参量,温度(T),体积(V),压强(p),气体分子可能到达的整个空间的体积,大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的宏观效果,大量分子热运动的剧烈程度,状态参量,描述系统状态的物理量, 例如: 位矢， 速度.,描述平衡态性质的物理量,不同情形时选用不同的状态参量来描写状态。,(1) 温度,温

4、度宏观上表示物体的冷热程度。,温度微观上与物体内部大量分子热运动的剧烈程度密切 相关。,热力学第零定律：(热平衡定律),B,A,C,TA=TC,TC=TB,TA=TB,温标：温度的数值表示方法。,温标,温标的三要素：测温属性、定标点、分度法。, 测温属性：一切具有随温度而改变的某种宏观性质。,如果两个热力学系统同时和第三个热力学 系统处于热平衡，则这两个热力学系统必 然彼此平衡。,选择原则：,测温物质的一种随温度连续、单值变化 且变化显著、便于测量。,例如：, 定标点：人为地选择物质的某些状态作为温度的固 定参考点。, 分度法：测温属性随温度的变化作出规定。,(2) 常用的温标 、0F、,在一

5、个标准大气压下，纯水的冰点取0作零点、 沸点取作100 ，其间分成100格，1 /格,例如：纯水的冰点沸点,例如：摄氏温标的分度法,它与测温物质无关,摄氏温标与华氏温标的关系,温度计通常分为接触式和非接触式。非接触式温度计可 测量的温度较高。,常见的一些实验室的温度值,Tmax=108 K Tmin=2x10-8 K THEl=4K TNl=77K Tsunin=107K Tsuns=6000K,冰点作为320F，汽点规定为2120F，其间分成180份，10F/格,F,定义,在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。,三. 平衡态,说明,(1) 不受外界影响是指系

6、统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如：,两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；,处于重力场中气体系统的粒子数密度随高 度变化，但它是平衡态。,低温T2,高温T1,(2) 平衡是热动平衡,(3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示,(4) 平衡态是一种理想状态,四.准静态过程,系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。,热力学过程,1,2,准静态过程,在过程进行的每一时刻，系统都无限地 接近平衡态。,非准静态过程,系统经历一系列非平衡态的过程,实际过程是非静态过程，但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间，均可

7、看作准静态过程。如：实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程,说明,(1) 准静态过程是一个理想过程；,(3) 准静态过程在状态图上可用一条曲线表示。 如图,(2) 除一些进行得极快的过程(如爆炸过程)外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；,O,V,p,五.理想气体的状态方程,气体的状态方程,(3) 混合理想气体的状态方程为,其中,“一定条件下”,(平衡态),(2) 理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉珀龙方程的气体。,温度越高、压强越低，精确度越高。,(1) “一定条件下” 指压强不太高，温度不太低的条件下。,说明,(克拉珀龙方程),11.3 功 热量 内能 热力学第一定律,

8、一. 功 热量 内能,1. 概念,热力学系统与外界传递能量的两种方式,作功,传热,是能量传递和转化的量度；是过程量。,功(A),热量(Q),是传热过程中所传递能量的多少的量度；,是过程量,内能(E ),是物体分子的无规则运动能量的总和 ；,是状态量,系统吸热 ：,系统对外作功 ：,； 外界对系统作功 ：,；系统放热 ：,2. 功与内能的关系,1,2,绝热壁,绝热过程,外界仅对系统作功，无传热，则,说明,(1) 初末态给定， AQ 都相同，与过程无关；,(2) 内能的改变量可以用绝 热过程中外界对系统所 作的功来量度；,(3) 此式给出过程量与状态量的关系。,3. 热量与内能的关系,外界与系统之间不作功，仅传递热量,系统,说明,(1) 初末态给定，QV 都相同，与过程无关,(2) 此式给出过程量与状态量的关系,(3) 作功和传热效果一样，本质不同,二. 热力学第一定律,外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有,系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分 则用以对外界作功。( 热力学第一定律),对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为,(1) 热