大学物理下第13章-4教案详解.ppt

* * 1）第13章第1节P40-45 2）13.1，13.3，13.4 第一次交 作业情况 应交作 业人数 实交作 业人数 未交作 业人数 交作 业率 151 138 13 0.92 运输学院的两位同学，作业错误一模一样， 值得你们哥俩好好思考一下！ * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 2013-2014 第一学期 张福俊 * Flash tracking the key points of last lecture 麦克斯韦速率分布律 f(v) 0 v v +dv T，m 一定 v 速率分布函数的物理意义以及曲线的几何意义 物理意义？ * 最概然速率与温度的关系: 曲线越平坦! T ?速率较大的分子数越多 最概然速率与质量的关系: m?速率较小的分子数越多 分子碰撞的统计规律 v f(v) O 73K 1273K 273K * 第13章 热力学基础 从气候变化到物质形态的变化,自然界的一切宏观状态和过程都与热现象有关。 热力学是关于热现象的宏观理论,它通过观察和做实验的方法,经过严密的逻辑推理,找出宏观状态量之间的关系以及在宏观过程中的变化规律,包括能量转换及过程进行的方向等。 包括热现象在内,自然界所有的能量传递和转换过程都必须遵从能量守恒定律。事实上，能量守恒定律的最终确立与热现象的深入研究是分不开的。 但是，遵从能量守恒定律的过程不一定能自发发生！ * 一：内能及热力学第一定律 13-1 热力学第一定律 任何一个热力学系统都存在一个称为内能的状态函数，或者说内能是状态的单值函数.从微观来看，内能是指系统内所有粒子能量之和，包括粒子热运动的动能和粒子间的相互作用势能，以及化学能和原子能，但不包括系统作整体运动的机械能和与外界相互作用的势能。 内能是状态量，对确定的平衡态，系统具有确定的内能，故内能是描述平衡态的一个状态函数。 热力学系统状态的变化可以用内能（U）的改变来表示U=U(P,V),根据物态方程P,V,T三者不独立。 * 对于双原子分子（如氮气）： 对于单原子分子（如氦气）： 根据经典统计力学可以得到物质的量为 的理想气体的内能为： 理想气体的内能U=U(T)，是温度的单值函数。 可以通过与外界的能量交换来实现，而系统与外界的能量交换除了做功，还可以传热。 如何改变系统的内能？ 例如：让两块处于0oC的冰块互相摩擦或把冰块放在火炉附近都可以使冰块溶化 。 * 设外界向系统传递的热量Q，使系统的内能从Ｕ1变为Ｕ2，同时系统对外界做功A，则有： Q = U2-U1+A = ? U +A ?外界对系统传递的热量，一部分使系统内能增加, 一部分用于对外做功?。 —热力学第一定律 —包括热传递在内的能量守恒定律! 一般而言,系统内能的变化是做功和传热的共同结果。 功和热量都是能量的量度，它们的单位与内能一样，在SI制中都为焦耳(J)。热量也常用卡(卡路里，Cal)作单位，1Cal=4.186J。 * 对于微小变化过程，热力学第一定律为: 如果一个系统从某个初态出发，经历一系列过程后回到初态，即不需要外界提供能量又能不断对外做功，这个种机械存在吗？ 注意：内能是态函数，但热量和功都与状态变化的具体过程有关，故不是态函数而是过程量，所以用dU, δQ和δA加以区分过程量和状态量。 内能是一个状态量，系统经过一循环过程回到初态，内能不变，而系统不从外界得到热量，根据热力学第一定律，系统不会对外界做功。 * 适用范围：适用任何系统（气液固…）任何(准静态、非准静态)过程 系统对外界做功 A0; 系统从外界吸热 Q0; 系统内能增加 ΔＵ0。 热力学第一定律中，对 Q、A 、　正,负号的规定: 这种机械被称为“第一类永动机”，它违背了热力学第一定律。 Flash button * (1)如果A=0,则Q=ΔU, 在某个过程中系统对外做功为零,则在该过程中系统吸收的热量全部用于内能的增加。 (2)如果Q=0,则(-ΔU)=A或Δ U= -A 系统与外界没有热量交换(绝热过程),则系统减少的内能全部用于对外做功(-ΔU=A),或外界对系统所做的功全部变成系统增加的内能(ΔU=-A)。 (3)如果ΔU=0,则Q=A 系统吸收的热量全部用于对外做功 要注意：热和功的相互转换不是直接的,而是通过系统内能的变化来实现的。 * (4) Q=0且A=0,则ΔU=0 气体的绝热(Q=0)自由膨胀(A=0)过程