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大学物理 吴百诗主编5-1
上页 下页 返回 退出 上页 下页 返回 退出 一、状态参量 1. 宏观量——状态参量 平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。 如压强 p、体积 V、温度 T 等。 2. 微观量 描述系统内个别微观粒子特征的物理量。 如分子的质量、 直径、速度、动量、能量等。 微观量与宏观量有一定的内在联系。 §5-1 热运动的描述 理想气体模型和状态方程 3.温度 表征物体的冷热程度 A、B 两体系互不影响各自达到平衡态 A、B 两体系达到共同的热平衡状态 A B 绝热板 初态 A B 导热板 末态 A B C 若 A 和 B、B 和 C 分别热平衡,则 A 和 C 一定热平衡 (热力学第零定律) 处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观物理性质,这个性质称为温度。 华氏温标:1714年荷兰华伦海特建立,以水结冰的温 度为32°F,水沸腾的温度为212°F 摄氏温标:1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立,以冰 的熔点定为0°C,水的沸点定为100°C 热力学温标:与工作物质无关的温标,由英国的开尔 文建立,与摄氏温度的数值关系为 单位为K(开),称为热力学温度。 温标:温度的数值表示方法。 二、平衡态 准静态过程 1.热力学系统(热力学研究的对象) 大量微观粒子(分子、原子等)组成的宏观物体。 外界:热力学系统以外的物体。 系统分类(按系统与外界交换特点): 孤立系统:与外界既无能量又无物质交换 封闭系统:与外界只有能量交换而无物质交换 开放系统:与外界既有能量交换又有物质交换 系统分类(按系统所处状态) 平衡态系统 非平衡态系统 平衡态:在不受外界影响的条件下,系统宏观性质均匀一致、不随时间变化的状态。 气体状态(p,V,T)就是指平衡态。 状态1到状态2是一个状态变化的过程。若此过程足够缓慢,这个过程中每一状态都可近似看作平衡态。 2.平衡态 平衡条件: (1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换, (2) 系统的宏观性质不随时间改变。 非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统。 箱子假想分成两相同体积的部分,达到平衡时,两侧粒子有的穿越界线,但两侧粒子数相同。 例如:粒子数 说明: · 平衡态是一种理想状态 处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因为碰撞, 每个分子的速度经常在变,但是系统的宏观量不随时间改变。 · 平衡态是一种热动平衡 当热力学系统在外界影响下,从一个状态到另一个状态的变化过程,称为热力学过程,简称过程。 热力学过程 非静态过程 准静态过程 3.准静态过程 准静态过程:系统从一平衡态到另一平衡态,如果过程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。 非静态过程:系统从一平衡态到另一平衡态,过程中所有中间态为非平衡态的过程。 气体自由膨胀 例: 气体等温膨胀 T 理想气体的 p,V,T 满足 标准状态: 对质量为m的理想气体 三、理想气体的状态方程 其中 ——普适气体常数 理想气体状态方程 根据状态方程,系统的压强、体积、温度中任两个量一定就可确定系统的状态,因此常用p-V 图中的一条曲线来表示系统的准静态过程,曲线上任一点都表示气体的一个平衡态,这种图叫状态图。 例题5-1 某种柴油机的汽缸容积为0.827?10-3m3。设压缩前其中空气的温度47℃,压强为 8.5?104 Pa。当活塞急剧上升时可把空气压缩到原体积的1/17,使压强增加到4.2?106Pa,求这时空气的温度。如把柴油喷入汽缸,将会发生怎样 的情况? 解: 本题只需考虑空气的初状态和末状态,并且把空气作为理想气体。有 已知 p1=8.5?104Pa, p2=4.2?106Pa,T1=320K,V1:V2=1:17 这一温度已超过柴油的燃点,所以柴油喷入汽缸时就会立即燃烧,发生爆炸推动活塞作功。 所以 例题5-2 容器内装有氧气,质量为 0.10kg,压强为 10?105 Pa ,温度为 47°C。因为容器漏气, 经过若干时间后,压强降到原来的 5/8,温度降到 27°C。问(1)容器的容积有多大? (2)漏去了多少氧气? 求得容器的容积 V 为 解:(1)根据理想气体状态方程 所以漏去的氧气的质量为 若漏气若干时间之后,压强减小到 p?,温度降到 T? 。如果用m? 表示容器中剩余的氧气的质量,从状态方程求得 选择进入下一节 §5-0 教学基本要求 §5-1 热运动的描述 理想气体模型和物态方程 §5-2 分子热运动和统计规律 §5-3 理想气体的压强和温度公式 §5-4 能量均
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