第十一章热力学基础jspppt课件.ppt

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1、概要●任务：热力学与气体动理论机械波机械振动波动光学量子物理基础整体相关性宏观与微观整体相关性激光、固体能带结构和原子核●要求：●概念●方法覆盖面宽内容较多UniversityphysicsAPFang●联系第三篇热力学与气体动理论UniversityphysicsAPFang热运动：是指物体中分子、原子的无规则运动。热学：研究热现象（与温度相关的），热运动以及热运动与其它运动形式相互转化所遵循的规律性的学科。热学的研究方法：●宏观方法（或热力学方法）：从宏观物体的总体上，通过观察、实验、总结、归纳出热力学基本定律，并以此为基础，通过逻辑、推理、演绎来阐明宏

2、观物体的热学性质。●微观方法（或统计物理学方法）：从微观粒子（分子、原子等）的运动和相互作用出发，依据每个粒子所遵循的力学规律，应用统计的方法来阐明宏观物体的热学性质。热力学理论可用来验证统计物理学微观理论的正确性；统计物理学理论则可深入揭示热力学宏观理论的本质。第11章热力学基础热力学的研究对象●热现象从能量转换的观点研究物质的热学性质●宏观量温度、压强、体积、热容量、密度、熵等和宏观规律11-1热力学系统的状态描述——描述宏观物体特性的物理量UniversityphysicsAPFang一、状态参量温度(T)：体积(V)：压强(p)：气体分子可能到达的整

3、个空间的体积大量分子与器壁及分子间不断碰撞而产生的宏观效果大量分子热运动的剧烈程度注意：状态参量只有在气体处在平衡态下才有意义系统system外界热力学所研究的对象系统以外的物体Gas活塞气缸二、热力学系统热力学系统由大量分子组成，如气缸中的气体•系统与外界可以有相互作用例如：热传递、质量交换等•系统的分类:开放系统：既有物质交换，又有能量交换系统封闭系统：孤立系统：没有物质交换，只有能量交换既无物质交换，又无能量交换UniversityphysicsAPFang三、平衡态与准静态过程水状态系统处于非平衡状态在没有外界影响的情况下，当系统状态不存在宏观的不均

4、匀性系统处于平衡状态UniversityphysicsAPFang1.平衡态在没有外界影响的情况下，系统所有的宏观性质不随时间发生变化的状态。状态参量非平衡态平衡态（equilibriumstate）（热力学坐标）说明(1)不受外界影响——系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可处于均匀的外力场中。例：处于重力场中气体系统的粒子数密度随高度变化，但它是平衡态。Equilibriumstate——理想状态粒子数密度小粒子数密度大UniversityphysicsAPFang(3)平衡态是热动平衡（thermodynamicalequilibrium）微观

5、观点——大量分子的无序运动（混乱状态）平衡态是统计平均效果(2)热力学平衡既是热学的平衡，也是力学的、化学的平衡。2.准静态过程（quasi-staticprocess）平衡态1平衡态2能量交换过程——一般是非平衡过程1221UniversityphysicsAPFang例：两头处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态低温T2高温T1(4)稳定态与平衡态判断平衡态的依据：1）不受外界影响；2）宏观性质不随时间变化●热力学过程：系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。●非平衡过程——系统经历一系列非平衡态的过程准静态过程过程的每一时刻

6、，系统都无限接近平衡态●实际过程是非准静态过程，但只要过程进行的时间远大于系统的弛豫时间，如汽缸的压缩过程：沙子气体，均可视为准静态过程。弛豫时间UniversityphysicsAPFang●平衡过程OVPQuasi-staticprocess说明(1)准静态过程是一个理想过程；(3)准静态过程在状态图上对应一条曲线。(2)除一些进行得极快的过程（如爆炸过程）外，大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；OVP等温OVPOVP等压等体UniversityphysicsAPFang四、物态方程（Equationofstate）的再讨论热力学系统气体系统理

7、想气体（P,V,T）气体状态方程理想气体状态方程（平衡态）●三个推论：1.状态方程分子质量：玻尔兹曼常数——2.阿伏加德罗定律若UniversityphysicsAPFang3.道尔顿定律一柴油的汽缸容积为0.827×10-3m3。压缩前汽缸的空气温度为320K，压强为8.4×104Pa，当活塞急速推进时可将空气压缩到原体积的1/17，使压强增大到4.2×106Pa。例求:此时空气温度。解：T2>柴油的燃点(473K－633K)若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。UniversityphysicsAPFan

8、g11-2热力学第一定律热力学系统与外界传递能量的两