大学物理热学剖析.ppt

* 热学 1．什么是热学 2．两种研究方法 以物质的热运动以及热运动与其它运动形态之间的转化规律为研究对象的一门学科。 热力学 ——宏观理论不涉及物质的微观结构。第十三章 统计物理学——微观理论.第十二章 12－1 气体物态参量 平衡态 理想气体物态方程 一、气体物态参量 第十三章 热力学基础 p、 V、 T 1 . 气体压强P ：力学描述. 2. 体积V：几何描述. 3. 温度T ：热学描述 单位：温标 K（开尔文）. 二、平衡态 理想气体的物态方程 1、平衡态 可以用P--V 图上的一个点来表示。 p V 2、物态方程 3、理想气体的物态方程 理想气体： 气体在温度不太低、压强不太大时，可近似为理想气体。 m——气体质量 M ——气体摩尔质量 R=8.31J·mol-1·K-1——摩尔气体常量 可用Ｐ－V 图上的一条有方向的曲线表示。 13-1 准静态过程 功 热量 一、准静态过程 元功： 系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为： 二、功 准静态过程系统对外界做功： 注意： 2、功等于P—V 图上过程曲线下的面积,体积增加取正,减小取负。 3 、功是过程量功与过程的路径有关 ，V不变时W=0 1、V ，W0 ；V ，W0或外界对系统作功 4、作功是改变系统内能的一种方法。 Q 单位：J(焦耳) ①热量与功一样都是过程量。 说明： ②传递热量和作功都可改变系统的内能 三、 热量 所有分子各种热运动（包括平动，转动和振动）能量和分子间相互作用势能 13－2 热力学第一定律 内能 一、内能 说明： ①改变内能的方式： 做功， 传递热量。 ②内能E是状态量，因此内能变化△E仅与始末状态有关，与过程无关. 2 A B 1 * * 2 A B 1 * * 实际气体 ③理想气体的内能仅是温度的函数 单原子分子 刚性双原子分子 刚性多原子分子 温度越高内能越大 i：自由度 二、热力学第一定律 对于微小过程 符号规定 + 系统实际吸热 系统实际放热 内能增加 内能减少 系统对外做正功即：体积增加 系统对外作负功或外界对系统做功即:体积减小 （1） 对于理想气体准静态过程有： (2) 热力学第一定律是包括热现象在内的能量守恒定律对任何物质的任何过程都成立. 注意 Q：系统吸热 W：系统对外做功 ?13-14.如图所示，系统从状态A沿ABC变化到状态C的过程中，外界有326 J的热量传递给系统，同时系统对外作功126 J。当系统从状态C沿另一曲线返回到状态A时，外界对系统作功为52 J，则此过程中系统是吸热还是放热？传递热量是多少？ 解：ABC过程 J 126 ABC = W J, 326 ABC = Q J 200 ABC ABC AC = - = D W Q E ?从C到A过程： 负号表示系统向外界放热252 J。 J 200 CA - = D E J 252 CA CA CA - = + D = W E Q 1.等体过程 V=恒量 T2 T1 p V 0 a b 第一定律特点： 13－3 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容 一、等体过程 定体摩尔热容 WV=0 过程方程： 功、热量、内能的变化 过程曲线： 吸收的热量全部用来内能增加;或向外界放热以内能减小为代价;系统对外不作功。 3、理想气体定体摩尔热容 定义：1mol、等体过程升高1度所需的热量 等体过程吸热 等体过程内能的增量 理想气体的内能另表述： 理想气体准静态过程热力学第一定律： P=恒量 第一定律特点：吸收的热量一部分用来内能增加，一部分用来对外做功。 二、等压过程 定压摩尔热容 1、等压过程 过程方程： 功、热量、内能的变化 过程曲线： 2、定压摩尔热容 定义：1mol、等压过程中升高1度所需的热量。 等压过程的吸热 Mayer公式 等压过程第一定律 摩尔热容比 泊松比 1.67 单原子分子理想气体 双原子分子理想气体 多原子分子理想气体 1.40 1.33 等容 等压 欲求W，Q或ΔE，要会用状态方程求出P、V、T、ν 13-13：一压强为1.0×105Pa，体积为1.0×10-3m3的氧气自0℃加热到100℃,问:(1)当压强不变时,需要多少热量?当体积不变时,需要多少热量?(2)在等压或等体过程中各作了多少功？ 解：根据题意得 （1） （2） 得: 由 或用热力学第一定律 求解。 T=恒量 p V p1 p2 I I I . . O V2 V1 13－4 理想气体的等温过程和绝热过程 一、等温过程 过程方程： 功、热量、内能的变化 第一定律特点：吸收的热量全部用来对外作功，内能保持不变。 过程曲线 二、绝热过程 1、绝热过程 Qa=0 功、热量、内能的变化 第一定律特点：系统