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高中物理热学演示文稿

热学基本概念与原理

热传导现象及规律

热辐射现象及规律

热力学第二定律与熵增原理

热机工作原理及效率评估

热学在现实生活中的应用

contents

目

录

热学基本概念与原理

01

表示物体冷热程度的物理量，是分子热运动平均动能的标志。

温度

在热传递过程中，物体间内能的转移量，是一个过程量。

热量

研究对象与周围环境组成的整体，根据边界的性质可分为封闭系统、开放系统和孤立系统。

系统从一个状态变化到另一个状态所经历的全部过程，可分为等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。

热力学过程

热力学系统

能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。

能量转化

在自然界中能量的转化是有方向性的，各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的。

热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。

热力学第一定律的表述

ΔU=W+Q，其中ΔU表示系统内能的增量，W表示外界对系统做的功，Q表示系统吸收的热量。该表达式说明了系统内能的变化与外界做功和热量传递的关系。

热力学第一定律的数学表达式

热传导现象及规律

02

物体内部或物体之间，由于温度差异引起的内能传递现象。

热传导定义

热传导方式

热传导特点

固体中的热传导、液体中的热传导和气体中的热传导。

热量从高温区域向低温区域传递，传递方向与温度梯度方向相反。

03

02

01

物体内部温度分布不随时间变化，仅与空间位置有关。

稳态热传导

物体内部温度分布既与空间位置有关，也随时间变化。

非稳态热传导

根据热传导方程中是否包含时间变量进行判断。

判断方法

热辐射现象及规律

03

黑体辐射

黑体是一个理想化的物体，能够完全吸收所有波长的电磁波辐射。黑体辐射是指黑体发出的电磁辐射，其强度和波长分布与黑体的温度有关。

普朗克公式

为了解释黑体辐射的实验结果，德国物理学家普朗克提出了一个公式，即普朗克公式。该公式描述了黑体辐射的能量密度与频率、温度之间的关系，成功解释了黑体辐射的实验规律。

灰体辐射特性

灰体是指能够部分吸收和发射电磁波的物体。与黑体不同，灰体的吸收和发射特性与波长有关。灰体的辐射特性可以用发射率来描述，发射率表示灰体发射的辐射能量与相同温度下黑体发射的辐射能量之比。

计算方法

计算灰体的辐射特性时，需要考虑其发射率随波长的变化。通常可以通过实验测量得到灰体的发射率数据，进而计算其辐射能量和温度等参数。

太阳能是一种清洁、可再生的能源，目前已被广泛应用于热水器、光伏发电等领域。在太阳能利用过程中，热辐射现象起着重要作用。

太阳能利用现状

在太阳能热水器中，热辐射使得太阳能集热器能够吸收太阳辐射并将其转化为热能。在光伏发电中，光伏电池通过吸收太阳光的能量产生电流，其中也涉及到热辐射现象。为了提高太阳能的利用效率，需要研究并优化热辐射过程中的各种因素。

热辐射在太阳能利用中的应用

热力学第二定律与熵增原理

04

VS

在一个孤立系统中，熵总是趋向于增加，即系统的无序程度会越来越高。

生活中的应用

例如，房间不打扫会越来越乱；热水和冷水混合后，不会自发地再次分开。

熵增原理

系统经过某一过程从状态1变为状态2后，如果能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。

可逆过程

不能用任何方法把系统恢复到原来状态，同时不引起其他变化的过程称为不可逆过程。

不可逆过程

可逆过程是理想化的抽象概念，实际中并不存在严格的可逆过程；而不可逆过程是普遍存在的。

比较

冰箱工作原理

冰箱通过压缩机做功，将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，然后通过冷凝器散热变成高温高压的液态制冷剂。液态制冷剂再通过毛细管降压变成低温低压的液态制冷剂，最后通过蒸发器吸热变成低温低压的气态制冷剂回到压缩机。

冰箱工作过程中的可逆与不可逆因素

压缩机做功是可逆的，因为可以通过逆向操作使制冷剂回到初始状态；而散热和吸热过程是不可逆的，因为热量传递具有方向性。

热机工作原理及效率评估

05

热机类型

蒸汽机、内燃机、外燃机等。

要点一

要点二

工作原理

利用燃料燃烧产生的热能，通过工作物质（如蒸汽、燃气等）的循环过程，将热能转换为机械能输出。

由两个等温过程和两个绝热过程构成的理想循环，用于描述热机中的能量转换过程。

在相同的高温热源和低温热源之间工作的所有热机，其最大效率只与热源温度有关，与工作物质无关。

卡诺循环

卡诺定理

效率定义

热机输出的机械能与输入的热能之比。

评估方法

通过测量热机的输入热量、输出功以及热损失等参数，计算热机的实际效率。同时，可采用热力学分析方法，对热机性能进行理