热力学习题课

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1、热学的研究对象•温度------冷热•与温度有关的物理现象和物理规律对象的特征：大量无规运动的粒子组成一个人每次呼吸气体大约是1022个分子地球上全部大气约有1044个分子23比值接近1个摩尔的数值10物质的微观模型1、一切物质由大量微观粒子（分子、原子）组成，分子间有空隙。f2、组成物质的分子间有相互作用力。r0r´r平衡间距r0=10-10mf=0r>r´=10-9mf=03、分子不停地作无规则运动（平动、转动、振动），剧烈程度与温度有关——热运动。温度导热热力学第零定律：T一切互为热平衡的系统温度相同。绝T热T1、温度是宏观状态参量，是大

2、量粒子集体表现注意的结果，谈论少数几个粒子的温度没有意义。2、温度是表征热平衡系统的状态参量，对于非平衡态系统，“系统温度”没有意义。3、温度有高低之分，没有有无之别。温标(温度的数值表示方法)第零定律告诉我们，可以通过第三个系统——制成温度计。TATB1、选定测温物质——气体、水银、酒精……2、定义温标：给测温物质的每一个平衡态赋一数值——标记温度高低。X测温质的特性3、常用温标：摄氏温标t冰点0oCC1atm下纯水沸点100oC0T温度9华氏温标tFtF32tC5准静态过程一、热平衡态与状态参量不同温度的物体系统自动演化到唯TTT2

3、相互接触达到一的终态——均匀1同一温度。态——平衡态描述平衡态系统可以用宏观状态参量：P、V、T注意：这里的平衡是动态平衡，微观上并非静止；宏观状态参量也有涨落，只是平均值不随时间变化二、准静态过程PPFFP´´PMPVRTPVT0TPVTVV0P-V图上一个点一个平衡态0T一个过程能在P-V图上用一条线描述——准静态过程。理气状态方程PVRTMPVRTP-V图P.V.TPnkT平衡态P.V.TPV平衡过程CTP-T、P–V、T-V热力学系统由大量粒子组成1)标况5T273KP1atm.1.013

4、10PaP51.01310n23kT1.38102732532.6910/m十亿亿亿2014/1/32)高真空13P10mmHgT273K135P101.01310n23kT7601.3810273933.5410/m十亿大量、无规统计方法数学基础---概率论2014/1/3范德瓦耳斯方程实际分子间有相互作用力——真正的压强比器壁的压强大f也有大小——真正可活动的空间比容积小理想气体状态方程r10-9mrpVRTod对真实气体要作修改ppp真iVVV真体2014/1/32pVRT

5、pppa真i2Vn12pni2Vppi真pVVVb真体2apVbRT2V范德瓦耳斯方程2014/1/3例题1：在水面下50.0m深的湖底处（温度为4.0℃），有一个体积为1.0x10-5m3的空气泡升到湖面上来，若湖面的温度为17.0℃，求气泡到达湖面的体积。（取大气压强为p0=1.013x105Pa）分析：将气泡看成是一定量的理想气体，它位于湖底和上升至湖面代表两个不同的平衡状态。利用理想气体物态方程即可求解本题。位于湖底时，气泡内的压强可用公式求出，其中p为水的密度（常取p=1.0x103

6、kg·m-3）。2014/1/3解：设气泡在湖底和湖面的状态参量分别为（p，V，T）和（p，V，T）。111222由分析知湖底处压强为？。利用理想气体的物态方程可得空气泡到达湖面的体积为p1T2V1p0ghT2V153V6.1110m2pTpT21012014/1/3例题2：氧气瓶的容积为3.2x10-2m3，其中氧气的压强为1.3x107Pa，氧气厂规定压强降到1.0x106Pa时，就应重新充气，以免经常洗瓶。某小型吹玻璃车间，平均每天用去0.40m3压强为1.01x105Pa的氧气，问一瓶氧气能用多少天？（设使用过程中

7、温度不变）2014/1/3由于使用条件的限制，瓶中氧气不可能完全被使用。为此，可通过两条不同的思路进行分析和求解。（1）从氧气质量的角度来分析。利用理想气体物态方程pV=mRT/M可以分别计算出每天使用氧气的质量m3和可供使用的氧气总质量（即原瓶中氧气的总质量m1和需充气时瓶中剩余氧气的质量m2之差），从而可求得使用天数n(m1m2)/m3。2014/1/3解1：根据分析有,MpVMpVMpV112133m；m；m123RTRTRT则一瓶氧气可用天数mmppV12121n9.5mpV3332014/1/3第一

8、章热力学系统的平衡态及状态方程（2）从容积角度来分析。利用等温膨胀条件将原瓶中氧气由初态（p1=1.3x107Pa，V1=3.2x10-2m3）膨胀