热力学教学内容.ppt

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1、热力学课程要求：认真听讲笔记完整及时完成、上交作业成绩评定：平时（占30％）包括点名和平时作业期末考试（占70％）考察内容：笔记上例题和作业题引言：热力学的研究对象：研究物质热运动的规律。例：物体热胀冷缩水加热沸腾后转变为水蒸气软钢件淬火——变硬硬钢件退火——变软热现象：与温度有关的物体物理性质的变化。研究热力学的两种方法：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。统计物理学：热现象的微观理论。研究方法：根据由观察和实验所总结出来的热力学定律，用严密的逻辑推理方法研究宏观物体的热性质。主要内容：热力学第零定律——温度T热力学第一定

2、律——内能U热力学第二定律——熵S热力学第三定律（绝对零度不能达到）思考：自然界中有哪些热现象？（1）热胀冷缩：埃菲尔铁塔一年内高度伸缩范围是12cm（2）井水冬暖夏凉（3）高压锅、内燃机、等离子技术（4）纸锅烧水（5）饺子煮熟的依据（6）响水不开，开水不响（7）炭火上跳舞（8）微波炉的原理穆宾巴效应：1969年坦桑尼亚大学生艾斯托·穆宾巴正式向全世界提出这个问题——为什么冬天温水比冷水冻得快？热学发展史：中国：公元前300年五行学说阴阳二气火是阳气的一种表现—《淮南子。天文训》西方古希腊毕达哥拉斯四元素学说“水、土、火、气”柏拉图热是物质的一种运动

3、表现形式十八世纪欧洲航海，海外贸易巨大发展瓦特机应用建立计温学、量热学1593或1603年伽利略第一个验温器1709年华伦海脱实用温度计1724年确定华氏温标1742年摄尔修斯摄氏温标“热质说”：热质是一种看不见，无质量的流质；可透入一切物质之中；热质流入物体，物体温度升高；一个物体是冷还是热，看它所含热质的多少，热量是热质的量。热质说是一种错误的说法！1744年罗蒙索诺夫“论热与冷的原因”提出：摩擦生热“不必将物质的热当作某种为了解释热现象而特别规定的微妙的物质的聚集；热应是物体内部物质的运动”1798年伦福德推翻热质说1799年戴维冰摩擦融化实验

4、1850年焦耳热功当量—热力学第一定律建立1850年克劳修斯1851年开尔文热力学第二定律1912年能斯脱热力学第三定律1939年福勒热平衡定律开尔文克劳修斯第一章热力学的基本规律§1.1热力学系统的平衡态及其描述一、热力学基本概念1、热力学系统与外界（1）系统：从相互作用的物体中划出一部分物体，此物体中仍包含大量微观粒子。系统—热力学研究的对象（2）外界：与系统作用的其它部分。（3）系统的分类：孤立系统：与外界无物质交换，也无能量交换。封闭系统:与外界无物质交换，有能量交换。开放系统:与外界既有物质交换，又有能量交换。2、平衡态与状态参量（1）平衡

5、态：在不受外界条件的影响下，系统的宏观性质长时间不发生改变的状态。热力学的平衡是一种动态平衡。热动平衡与热平衡的区别。宏观性质（2）弛豫时间：系统由初始状态达到平衡状态所经历的时间。（由趋向平衡状态的性质决定）（3）状态参量：描述热力学系统平衡状态的宏观性质的物理量。描述系统状态的宏观参量一般可以直接测量。广延量和强度量3、均匀系与非均匀系（1）均匀系：一个系统各部分的性质完全一致，称为一个均匀系。（也称为一个相—单相系）（2）非均匀系：复相系§1.2热平衡定律和温度一、热平衡定律（热力学第零定律）实验热力学第零定律：如果热力学系统中的每一个物体都与

6、第三个物体处于热平衡，则他们彼此也处于热平衡。分析：二、温标温度测量：温度计：利用水银或酒精的热胀冷缩特性。热力学温标：与任何物质特性无关。单位：开尔文K在理想气体温标使用范围内，热力学温标与理想气体温标一致。§1.3物态方程一、物态方程：对于一个简单可压缩系统而言：二、几个相关的物理量：详细推导过程见板书！三、几种物质的物态方程1、理想气体（1）玻马定律：对于固定质量的气体，在温度不变时，其压强和体积的乘积是一个常数。（2）阿伏伽德罗定律：在相同的温度和压强下，相等体积内所包含的各种气体的物质的量相等。（3）物态方程：研究一定质量的理想气体状态量，

7、与过程无关若为理想气体处于标准状态下R：普适气体常数理想气体的物态方程：（4）理想气体：宏观：严格遵从玻马定律、阿伏伽德罗定律、焦耳定律的气体。微观：可忽略气体分子之间的相互作用力的气体。通常压强不高的真实气体均可视为理想气体。2、真实气体：范德瓦尔斯方程3、简单固体和液体：例1、一个简单可压缩系统，已知求：物态方程。例2、简单固体和液体的体积膨胀系数和等温压缩系数数值都很小，在一定温度范围内可以视为常数；试证明：简单固体和液体的物态方程可近似为：作业：1、试求理想气体的体积膨胀系数、压强系数和等温压缩系数。2、试证明任何一种具有两个独立参量的物质，

8、其物态方程可由实验测得的体积膨胀系数及等温压缩系数根据下述积分求得：如果试求：物态方程。§1.4功一、功：1