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《热学》电子教案


tF
[9 5
t
0C
32]0F
t是摄氏温标
TR
1.8T (
0R) K
TR是兰(金)氏温标
TR
[
tF 0F
459.67]0R
温度
单 符 固定点的温度值 位 号 绝对零度 冰点 三相点 汽点
与热力学温度 的关系
热力学温度 K T 0
273.15 273.16 373.15 T=T
通用 情况
国际通用
摄氏温标 C t -273.15 0.00
热力学:由观察和实验总结出来的热现象规律,构成
热现象的宏观理论,叫做热力学。
热力学方法的优点:
热力学基本定律是自然界中的普适规律,只 要在数学推理过程中不加上其它假设,这些 结论也具有同样的可靠性与普遍性。 热力学的局限性:
1、它只适用于粒子数很多的宏观系统;
2、它主要研究物质在平衡态下的性质,它不能解答系统如何从非平 衡态进入平衡态的过程;
13
3、它把物质看成为连续体,不考虑物质的微观结构
2、微观描述过程:统计物理学
统计物理学则是热物理学的微观描述方法,它从物质由大
数分子、原子组成的前提出发,运用统计的方法,把宏观性质看 作由微观粒子热运动的统计平均值所决定,由此找出微观量与宏 观量之间的关系。
微观描述方法 在于它在数学上遇到很大的困难, 的局限性: 由此而作出简化假设(微观模型)
(体积不变)
374.0 373.2 373.0
T(p)=373.15K
O2
空气 N2 H2
200 400 600 800 1000
由气体温度计所 定出的温标称为 理想气体温标
Ptr/(133.3224Pa)
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例1.1
如图所示,若测得此时B的压强读数为p,求待测 温度T。
解:
VB
B
m
温泡A
压力表B
1、分子运动论的实验 基础及基本论点;
2、理想气体分子运动 的规律(平衡态);
3、理想气体内迁移规 律(非平衡态)。
热学理论的应用 (物性学)
1、实际气体、 液体、固体的基 本性质; 2、一级相变特 征及基本规律。
2
❖ 古希腊(公元前611—430年) 四元素说:万 物是由土、水、火、气四种元素在数量上不 同比例的配合组成的。
3、热力学第零定律的物理意义
•互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征,即它们的 温度是相同的。 •第零定律不仅给出了温度的概念,而且指出了判别温度 是否相同的方法。
温度计
21
三、温标
1、温标的建立
温度的数值表示法叫做温标
经验温标的三要素
•选择测温物质,确定测温参量(属性) •选定固定点
•进行分度,即规定测温参量随温度 的变化关系
2、理想气体温标
以气体为测温物质,利用理想气体状态方程中体积(压
强)不变时压强(体积)与温度成正比关系所确定的温标称 为理想气体温标
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T ( p) pV0
R
V0不变
ptr
R
V0
273.16
T ( p) 273.16K lim p p ptr 0 tr
T(p)
Ptr为该气体温度计在水的三相点 (气、液、固三相共存)时的压强
❖ 我国殷商时期 五行学说:金、木、水、火、 土是构成世界万物的五种基本元素,称为五 行。中国古代提出的元气说,就认为热(火) 是物质元气聚散变化的表现。
3
从钻木取火到商周的青铜器 伽利略温度计 16世纪 (明)
4
瓦特早期蒸汽机
清 初
5
6
1807年
嘉庆12年
7
1823年
道光3年
8
1892年
4、分子的运动遵从经典力学的规律
处于平衡态的气体均具有分子混沌性
在常温下,压强在数个大气压以下的气体,一般都能很好 地满足理想气体方程。
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二、单位时间内碰在单位面积器壁上的平均分子数
z b
a
c
vt
ΔA 0
x
N A vt n 6
N nv , At 6
y
(以后可用较严密的方法得到 nv ) 4
35
单个分子遵循力学规律
y
A2 o
z
- mmvvvxx x
A1 y zx
x方向动量变化
pix 2mvix
热动平衡的统计规律 ( 平衡态 )
1)分子按位置的分布是均匀的 n dN N dV V
2)分子沿各方向运动概率均等
分子运动速度
vi
vixi
viy
j
viz k
34
各方向运动概率均等
vx vy vz
x 方向速度平方的平均值
v2x
1 N
vi2x
i
各方向运动概率均等
v2x
v2y
v
2 z
1 v2 3
同治18年(仿哥窑五彩)
9
1.官窑:南宋
五大名窑:
2.定窑:宋,河北曲阳
3,汝窑:宋,河南宝丰 4,哥窑:南宋,浙江龙泉
5,均窑:宋,河南禹县
10
主要参考书目:
1. 秦允豪,《热学》(第二版),高等教育出版社,2006 2. 赵凯华等,《热学》,高等教育出版社,2005 3. 黄淑清等, 《热学教程》,高等教育出版社,2003 4. 李椿等,《热学》,高等教育出版社,2004 5. 王竹溪,热力学,北京大学出版社,2005 6. 张玉民等,《热学》,科学出版社,2006 7. 李洪芳,《热学》,复旦大学出版社,2001 8. 包科达,《热物理学基础》,高等教育出版社,2001 9. Serway & Faughn , College Physics (Sixth Edition),清华大学出版社,2005 10、Sears and Zemanskys, University Physics (第10版)(上册),
利用扫描隧道显
微镜技术把一个个原 子排列成 IBM 字母 的照片.
二、分子热运动
N A 6.02 1023个 / mol
1、分子或原子处于不停的热运动
•扩散 •布朗运动
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2、涨落现象
这种偏离统计平均值的现象称为涨落现象
可以证明,在粒子数可自由出入的某空间范围内的 粒子数的相对涨落反比于系统中粒子数N的平方根。
非平衡态,不能用P、V、T图来表示。
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§1.3 物态方程
一、物态方程
平衡态 Ti Ti ( pi ,Vi,m )或fi (Ti , pi ,Vi,m ) 0
把处于平衡态的某种物质的热力学参量(如压强、体积、温度) 之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称状态方程。
二、热膨胀现象
•等温压缩系数
机械工业出版社,2003 11、王楚等,热学(基础物理教程 面向21世纪课程教材),2003 12、 梁绍荣等,普通物理学,第二卷,高等教育出版社,2006
成绩考核:平时作业10%、课堂讨论10%、期中占20%、 期末占60%
11
第一章 导论
§1.1 宏观描述方法与微观描述方法
一、热学的研究对象及其特点
《热学》电子教案
面向物理学本科学生 主讲:冯尚申
1
热学内容图析
热学发展规律简史 研究对象及方法
总论
量热与量温 热传递的一般规律 热力学平衡态的特征及充要条件 热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程
热力学基础 (宏观理论)
1、热力学第 一定律; 2、热力学第 二定律; 3、热机。
分子运动论 (微观理论)
封闭系统:与外界不交换物质但可交换能量的系统
开放系统:与外界既交换物质又交换能量的系统
热力学与力 学的区别
热力学参量:压强、体积、温度等 热力学的目的:基于热力学的基本定律 力学的目的:基于牛顿定律(力学参量) 15
二、平衡态与非平衡态
1、平衡态
孤立系统
在不受外界条件影响下,经过足够
长时间后系统必将达到一个宏观上看来
[(N )2 ]1/ 2 1
N
N
粒子数越少,涨落现象越明显。
应用: •小镜子的小角度振荡 •涨落电流的热噪声
28
三、分子间的吸引力与排斥力
1、吸引力和排斥力
f
很多物质的分子引力作
用半径约为分子直径的两倍
左右,超过这一距离,分子
间相互作用力已很少。
o
排斥力作用半径就是两分子
刚好“接触”时两质心间的距离。
热物理学是研究有关物质的热运动以及与热相联 系的各种规律的科学。
热现象:这些与温度有关的物理性质的变化。 热学研究对象:所有与热相联系的现象。 特点:热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所 组成的系统。 大数粒子:我们把数量级达到宏观系统量级的粒子1。2
二、宏观描述方法与微观描述方法
1、宏观描述方法:热力学方法
32
三、理想气体压强公式
设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中有 N 个全
同的质量为 m 的气体分子,计算 A1 壁面所受压强 .
y
A2
o
z
- mmvvvxx x
v y A1 y
o
z x vz
vv x
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单个分子对器壁碰撞特性 : 偶然性 、不连续性.
大量分子对器壁碰撞的总效果 : 恒定的、持续 的力的作用 .
0.01
100.00
t 0C
T K
273.15
国际通用
华氏温标 F
tF -459.67 32.00
32.02
212.00
t 0F
9 5
T K
459.67
英美等 国使用
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