熱學(xué)的研究對象和研究方法

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1、第9章熱力學(xué)§1熱學(xué)的研究對象和研究方法§2平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程§3功熱量熱力學(xué)第一定律§4準(zhǔn)靜態(tài)過程中功和熱量的計(jì)算§5理想氣體的內(nèi)能和熱容§6熱力學(xué)第一定律應(yīng)用§7絕熱過程§8循環(huán)過程§9熱力學(xué)第二定律§10可逆與不可逆過程§11卡諾循環(huán)卡諾定理1概述§1熱學(xué)的研究對象和研究方法一、冷熱---溫度與溫度有關(guān)的物理規(guī)律熱學(xué)的意義：1)大量存在2)能量轉(zhuǎn)化對象的特征：大量無規(guī)運(yùn)動(dòng)的粒子組成超人與宇宙同時(shí)出生(150億年前)每秒數(shù)10個(gè)分子數(shù)到現(xiàn)在才數(shù)了2地球上全部大氣約有1044個(gè)分子一個(gè)人每次呼吸氣體大約是1022個(gè)分子比值接近1個(gè)摩爾的數(shù)值3二、

2、研究熱現(xiàn)象的兩大分支1.熱力學(xué)宏觀實(shí)驗(yàn)?zāi)芰靠煽?.統(tǒng)計(jì)物理微觀理論模型相輔相成、相互補(bǔ)充普物的任務(wù)開門、見識物理的綠洲經(jīng)典粒子量子粒子牛頓力學(xué)規(guī)律量子力學(xué)規(guī)律先經(jīng)典、后量子概念、方法相通4統(tǒng)計(jì)物理的基本思想宏觀上的一些物理量是組成系統(tǒng)的大量分子進(jìn)行無規(guī)運(yùn)動(dòng)的一些微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值宏觀量實(shí)測的物理量如PTV等微觀量組成系統(tǒng)的粒子(分子、原子、或其它)的質(zhì)量、動(dòng)量、能量等等無法直接測量的量氣體分子系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分布5解決問題的一般思路從單個(gè)粒子的行為出發(fā)大量粒子的行為---統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)的方法模式：假設(shè)結(jié)論驗(yàn)證修正理論例如：微觀認(rèn)為宏觀量P是大量粒子碰壁的平均作

3、用力先看一個(gè)碰一次再看集體6統(tǒng)計(jì)方法：一個(gè)粒子的多次行為多個(gè)粒子的一次行為結(jié)果相同如：擲硬幣看正反面出現(xiàn)的比例比例接近1/2統(tǒng)計(jì)規(guī)律性：大量隨機(jī)事件從整體上表現(xiàn)出來的規(guī)律性量必須很大(魔術(shù)師)統(tǒng)計(jì)規(guī)律性具有漲落性質(zhì)(伽耳頓板演示）7xxΔ小球落入其中一.......................................................................................................................................分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律大量小球在空間的格是

4、一個(gè)偶然事件小球數(shù)按空間位置x分布曲線伽耳頓板演示89什么叫統(tǒng)計(jì)規(guī)律？在一定的宏觀條件下大量偶然事件在整體上表現(xiàn)出確定的規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律必然伴隨著漲落什么叫漲落？對統(tǒng)計(jì)規(guī)律的偏離現(xiàn)象漲落有時(shí)大有時(shí)小有時(shí)正有時(shí)負(fù)例如：伽耳頓板實(shí)驗(yàn)中某坐標(biāo)x附近Δx區(qū)間內(nèi)分子數(shù)為ΔN漲落的幅度：10漲落的百分比：如漲落幅度漲落百分比什么概念呢？某次測量落在這個(gè)區(qū)間的分子數(shù)是：11如果在這個(gè)區(qū)間的分子數(shù)是：漲落幅度和漲落百分比結(jié)論：分子數(shù)愈多漲落的百分比愈小漲落實(shí)例：微電流測量時(shí)電流的漲落電子器件中的“熱噪聲”12熱力學(xué)基礎(chǔ)從實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)定律熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律基礎(chǔ)定律

5、地位：相當(dāng)于力學(xué)中的牛頓定律---能量轉(zhuǎn)化---過程方向性13§2平衡態(tài)理想氣體狀態(tài)方程本課程中研究對象的理想特征1.對象理想氣體宏觀定義：嚴(yán)格遵守氣體三定律實(shí)際氣體理想化：P不太高T不太低微觀上也有定義理論框架主體是理想氣體1)在理想氣體理論基礎(chǔ)上加以修正2)經(jīng)驗(yàn)若高壓低溫？142.狀態(tài)平衡態(tài)定義：在不受外界影響的條件下對一個(gè)孤立系統(tǒng)經(jīng)過足夠長的時(shí)間后系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)用一組宏觀量描述某時(shí)的狀態(tài)非平衡態(tài)15實(shí)際上的處理：1)是否可看作平衡態(tài)？足夠長2)實(shí)在不行---分小塊3)遠(yuǎn)離平衡態(tài)--非線性耗散結(jié)構(gòu)本課的主體：平衡態(tài)介紹：遠(yuǎn)離

6、平衡態(tài)恒高溫恒低溫16溫度一、幾個(gè)基本概念1.溫度處于熱平衡的系統(tǒng)所具有的共同的宏觀性質(zhì)2.熱平衡定律(熱力學(xué)第零定律)實(shí)驗(yàn)表明：若A與C熱平衡B與C熱平衡則A與B熱平衡意義：互為熱平衡的物體必然存在一個(gè)相同的特征---它們的溫度相同17二、理想氣體狀態(tài)方程M--質(zhì)量?--mol質(zhì)量V--理氣活動(dòng)空間R--普適氣體恒量第零定律不僅給出了溫度的概念而且指出了判別溫度是否相同的方法熱力學(xué)溫標(biāo)T（單位：K開爾文），攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的換算關(guān)系：18常用形式系統(tǒng)內(nèi)有N個(gè)分子每個(gè)分子質(zhì)量m常用形式19分子數(shù)密度玻耳茲曼常數(shù)理想氣體狀態(tài)方程20熱力學(xué)系統(tǒng)由大量粒

7、子組成1)標(biāo)況十億億億212)高真空十億大量、無規(guī)統(tǒng)計(jì)方法數(shù)學(xué)基礎(chǔ)---概率論221.理氣狀態(tài)方程2.不漏氣系統(tǒng)各狀態(tài)的關(guān)系討論233.P-V圖通常還畫P-T、P-VT-V、T–E圖PVPV圖上一個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)平衡態(tài)一條線代表一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程24§3功熱量熱力學(xué)第一定律保守系系統(tǒng)在其質(zhì)心參考系中的機(jī)械能守恒定律系統(tǒng)的內(nèi)能等于系統(tǒng)的內(nèi)動(dòng)能及各質(zhì)點(diǎn)間的勢能的總和改變熱力學(xué)狀態(tài)的兩種能量交換形式熱力學(xué)過程系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的過程25外界對系統(tǒng)作功宏觀功2.從外界吸收熱量微觀功結(jié)論：1)改變系統(tǒng)狀態(tài)(E)的方式有兩種作功傳熱遞2)作功、傳熱是相同性質(zhì)的物理量均是過程

8、量26適用一切過程一切系統(tǒng)初末態(tài)是平衡態(tài)熱力學(xué)第一定律對系統(tǒng)做的功則以表示系統(tǒng)對外界做的功，則