物理竞赛讲义8

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1、热学一、知识网络或概要1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别）对于分子（单原子分子）间距的计算，气体和液体可直接用，对固体，则与分子的空间排列（晶体的点阵）有关。2、物质内的分子永不停息地作无规则运动a、偶然无序（杂乱无章）和统计有序；b、剧烈程度和温度相关。3、分子间存在相互作用力（注意分子斥力和气体分子碰撞作用力的区别），而且引力和斥力同时存在，宏观上感受到的是其合效果。分子力是保守力，分子间距改变时，分子力做的功可以用分子势能的变化表示，分子势能EP随分子间距的变化关系如图所示。分子势能和动能的总和称为物体的内能。4、平衡态、状态参量a、凡是与温度有关的现象均

2、称为热现象，热学是研究热现象的科学。热学研究的对象都是有大量分子组成的宏观物体，通称为热力学系统（简称系统）。当系统的宏观性质不再随时间变化时，这样的状态称为平衡态。b、系统处于平衡态时，所有宏观量都具有确定的值，这些确定的值称为状态参量（描述气体的状态参量就是P、V和T）。5、温度a、温度即物体的冷热程度，温度的数值表示法称为温标。典型的温标有摄氏温标t、华氏温标F（F=t+32）和热力学温标T（T=t+273.15）。b、热力学第三定律：热力学零度不可能达到。6、热力学过程a、热传递。热传递有三种方式：传导、对流和辐射b、热膨胀。线膨胀Δl=αl0Δtc、系统由一个平衡态变化到另一个平

3、衡态，即构成一个热力学过程。特殊的热力学过程有等压过程、等温过程、等容过程、绝热过程和自由膨胀等。准静态过程：如果变化过程相对缓慢，则过程的每一个状态可视为平衡态，这样的过程也称为准静态过程。d、热力学第一定律：外界对系统所做的功W和系统从外界吸收热量Q之和，等于系统内能的增量ΔE，即ΔE=Q+W。热力学第一定律是能量守恒定律在热力学过程中的具体体现。7、气体实验三定律在压强不太大，温度不太低的条件下，气体的状态变化遵从以下三个实验定律a、玻意耳-马略特定律：一定质量气体温度不变时，P1V1=P2V2或PV=恒量b、查理定律：一定质量气体体积不变时，=或=恒量c、盖?吕萨克定律：一定质量气

4、体压强不变时，=或=恒量8、理想气体宏观定义：严格遵守气体实验定律的气体。微观特征：a、分子本身的大小比起它们的间距可以忽略，分子不计重力势能；b、除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可以忽略——意味着不计分子势能；c、分子间的碰撞完全是弹性的。*理想气体是一种理想模型，是实际气体在某些条件约束下的近似，如果这些条件不满足，我们称之为实际气体。理想气体压强的微观解释：P=n，其中n为分子数密度（n=）。9、理想气体状态方程：一定质量的理想气体，=或=恒量理想气体状态方程可以由三个试验定律推出，也可以由理想气体的压强微观解释和温度微观解释推导得出。a、推论1：=，此结论成功地突破了“质量一

5、定”的条件约束，对解某些特殊问题非常有效。 b、克拉珀龙方程：原方程中，将“恒量”定量表达出来就成为PV=nRT ，其中n为气体的摩尔数，这个结论被成为克拉珀龙方程。它的优点是能使本来针对 过程适用的方程可以应用到某个单一的状态。注意：混合理想气体的状态方程：PV=RT，由此可见混合理想气体的状态方程与单一成分的理想气体的状态方程相似，只 是其摩尔数等于各组成部分的摩尔数之和！c、推论2：气体混合（或分开）时，++…+，这个推论很容易由克拉珀龙方程导出。d、道尔顿分压定律：当有n种混合气体混合在一个容器中时，它们产生的压强等于每 一种气体单独充在这个容器中时所产生的压强之和。即P=P1+P

6、2+P3+…+Pn 10、理想气体的内能、做功与吸放热计算a、理想气体的内能计算：由于不计分子势能，故E=N?b、理想气体的做功计算气体在状态变化时，其压强完全可以是变化的，所以气体压力的功从定义角度寻求 比较困难。但我们可以从等压过程的功外推到变压过程的功（☆无限分割→代数累计 …），并最终得出这样一个非常实用的结论：准静态过程理想气体的功W总是对应P- V图象中的“面积”。这个面积的理解分三层意思：①如果体积是缩小的，外界对气体 做功，面积计为正；②如果体积是增大的，气体对外界做功，面积计为负；③如果体积参量变化不是单调的（例如循环过程），则面积应计相应的差值。如图所示。c、吸放热的计

7、算初中所学的通式Q=cmΔT仍适用，但值得注意的是，对固体和液体而言，比热容c基本恒定（和材料相关），但对气体而言，c会随着过程的不同而不同。对理想气体，我们一般引进“摩尔热容”C（从克拉珀龙方程知，我们关心气体的摩尔 数更甚于关心气体的质量），物理意义：1摩尔物质温度每升高1K所吸收的热量。摩 尔热容和比热容的关系C=。①等容过程的摩尔热容称为“定容摩尔热容”，用CV表示，所以Q=CVΔT ②等压过程的摩尔热容称为“定