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1、热学习题课(2007.4.18)Ⅰ教学基本要求气体动理论及热力学 1.了解气体分子热运动的图象。理解理想气体的压强公式和温度公式。通过推导气体压强公式，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。 2.了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。 3.了解麦克斯韦速率分布率及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。了解气体分子热运动的算术平均速率、方均根速率。了解波耳兹曼能量分布律。 4.通过理想
2、气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定体热容和内能。 5.掌握功和热量的概念。理解准静态过程。掌握热力学过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率。 6.了解可逆过程和不可逆过程。了解热力学第二定律及其统计意义。了解熵的玻耳兹曼表达式。Ⅱ内容提要一、气体动理论(主要讨论理想气体)1.状态方程pV=(M/Mmol)RTpV/T=常量p=nkT2.压强公式3.平均平动动能与温度的关系4.常温下分子的自由度单原子i=t=3双原子i=t+r=3+2=5多原子i=
3、t+r=3+3=65.能均分定理每个分子每个自由度平均分得能量kT/2每个分子的平均动能理想气体的内能：E=(M/Mmol)(i/2)RT；6.麦克斯韦速率分律：7.平均碰撞次数8.平均自由程二、热力学基础1.准静态过程(略)2.热力学第一定律Q=(E2－E1)+AdQ=dE+dA准静态过程的情况下dQ=dE+pdV3.热容C=dQ/dT定体摩尔热容CV,=(dQ/dT)V/ν定压摩尔热容Cp,=(dQ/dT)p/ν比热容比g=Cp,/CV,对于理想气体：CV,=(i/2)RCp,=[(i/2)+1]RCp,-CV,=Rg=(i
4、+2)/i4.几个等值过程的DE、A、Q等体过程DE=(M/Mmol)CV,DTA=0Q=(M/Mmol)CV,DT等压过程DE=(M/Mmol)CV,DTA=p(V2-V1)Q=(M/Mmol)Cp,DT等温过程DE=0A=(M/Mmol)RTln(V2/V1)Q=(M/Mmol)RTln(V2/V1)绝热过程pVg=常量Q=0DE=(M/Mmol)CV,DTA=-(M/Mmol)CV,DT=(p1V1-p2V2)/(g-1)5.循环过程的效率及致冷系数：h=A/Q1=1-Q2/Q1w=Q2/A=Q2/(Q1-Q2)卡诺循环:
5、hc=1-T2/T1wc=T2/(T1-T2)6.可逆过程与不可逆过程(略)7.热力学第二定律两种表述及其等价性(略)8.熵S=klnW熵增原理孤立系统中DS＞0Ⅲ练习十至练习十五答案及简短解答练习十状态方程压强公式自由度一.选择题CBDAB二.填空题1.1.33×105Pa.2.210K;240K.3.物质热现象和热运动的规律;统计.三.计算题1.(1)因T等,有==6.21×10-21J=4.83m/s(2)T=2/(3k)=300K2．=3kT/2p=2n/3=2n(3kT/2)/3=nkT=(N/V)kT=[(M/Mmo
6、l)NA/V]kT=(M/Mmol)RT/V得pV=(M/Mmol)RT练习十一理想气体的内能分布律一.选择题ACBAD二.填空题1.1.04kg/m3.2.温度为T时每个气体分子每个自由度平均分得的能量.3.ipV/2.三.计算题1.依状态方程:pV=(M/Mmol)RT,有M=(pV/RT)Mmol因氢气氦气的压强、体积、温度相等,有M(H2)/M(He)=M(H2)mol/M(He)mol=1/2依E=(i/2)(M/Mmol)RT=(i/2)pV注意到压强、体积相等,有E(H2)/E(He)=[(5/2)pV]/[(3/
7、2)pV]=5/32.平均平动动能的总和Et=(3/2)(M/Mmol)RT=(3/2)(rV/Mmol)RT=7.31×106J内能增加DE=(i/2)(M/Mmol)RDT=(i/2)(rV/Mmol)RDT=4.16×104J的增量D()=D()=DT=DT/2=0.856m/s练习十二自由程碰撞频率迁移过程热力学第一定律一.选择题BDCAB二.填空题1.5/3;10/3.2.体积、温度和压强；分子的运动速度(或分子运动速度、分子的动量、分子的动能).3.166J.三.计算题1.(1)由V=,得p=a2/V2,所以A=(2
8、)由状态方程p1V1/T1=p2V2/T2知T1/T2=(p1V1)/(p2V2)=(V1a2/V12)/(V2a2/V22)=V2/V1四.证明题1.两结论均错误.(1).等容吸热过程有Q=DE=(M/Mmol)CVDTDT=Q/[(M/Mmol)CV]而CV
