《热学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热学.ppt（43页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、热学,第一次工业革命：18世纪中叶，英国人瓦特改良蒸气机之后，由一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃。随后传播到英格兰到整个欧洲大陆，19世纪传播到北美地区。,第二次工业革命(1870年以后):电力的广泛应用、内燃机和新交通工具的创制、新通讯手段的发明,第三次工业革命：计算机，互联网，通讯，自动化，纳米技术,5.理想气体状态方程 在平衡状态下，对理想气体有：,1.理想气体压强公式,2.气体分子平均平动动能与温度的关系,3.能量按自由度均分定理 平衡态下，分子每个自由度的平均动能为 自由度为i的分子的平均动能,第二章,气体动理论,4. 热力学第一定律：,5. 循环过程：,热
2、循环：系统从高温热源吸热Q1，对外做功A，向低温热源放热Q2，效率为 致冷循环：系统从低温热源吸热Q2，接受外界做功A，向高温热源放热Q1 ，致冷系数为,热循环系统从高温热源吸热，对外做功，向低温热源放热,致冷循环系统从低温热源吸热，接受外界 做功，向高温热源放热,热力学第一定律,5.熵增加原理 对孤立系统的各种自然过程，总有,例1.一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处在平衡状态，则它们： （A）温度相同，压强相同；（B）温度相同，压强都不相同； （C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强； （D）温度相同，但但氦气的压强小于氮气的压强；,PV= mRT/M P=RT
3、 /M,一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处在平衡状态，则它们： （A）温度相同，压强相同；（B）温度相同，压强都不相同； （C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强； （D）温度相同，但但氦气的压强小于氮气的压强；,例2. 某理想气体的定压摩尔热容为 29.1 J. mol-1 . K-1 。求它 在温度为 273 K 时分子平均转动动能。 （ 玻耳兹曼常量 k = 1.3810-23 J . K-1 ),解：,可知该气体是双原子分子，有两个转动自由度，故平均转动动能为,例3. 有 N 个粒子，其速率分布曲线如图所示，当 v 2v0 时，f(v) =0 。 （1）
4、求常数 a； （2） 求速率大于 v0 和 小于 v0 的粒子数； （3） 求粒子平均速率。,解：速率分布函数为,（1）由归一化条件,得,（2） 速率大于 v0 的粒子数 N1 为,速率小于 v0 的粒子数 N2 为,（3） 粒子的平均速率,补充：设某种气体的分子速率分布函数为f(v),则速率在v1在v2区间内的分子的平均速率为：,（A）,（B）,（C）,（D）,解：,例4. 真空管的线度为10-2m，真空度为1.3310-3Pa,设空气分子有 效直径为310-10m，求270C时单位体积内的空气分子数，平 均自由程和碰撞频率。（空气的摩尔质量为2.89102kg/mol),解：,例5：已知尘
5、埃的质量 =10-21 kg ，漂浮在空气中。试求尘埃浓度改 变不大于 1 %的空气层的厚度。（设空气的温度均匀，T=300K）,解：根据波耳兹曼分布律，在重力场中分子数密度按高度的分布为,“-”表明随高度增加（d z 0),尘埃浓度减少（d n 0),例6. 一定量的理想气体经历如图所示循环过程： AB 和 CD 是等压过程， BC 和 DA 是绝热过程，已知 TC = 300 K, TB =400K。 试求此循环的效率。,解： AB 吸热,CD 放热,效率,DA , BC 两准静态绝热过程,（2）（3）， 且代入,得,（4） 代入 （1）,例9：如图所示在刚性绝热容器中有一可无摩擦移动且不
6、漏气的导 热隔板，将容器分A,B为两部分，A,B 各有 1 mol 的 He气和 O2 气的温度分别为TA=300K , TB=600K ,压强 pA=PB=1.013 105 Pa。试求：整个系统达到平衡时的温度T,压强 p.,解：将He气和O2气作为一个系统，则整个系统与外界没有 热交换，且对外不作功。系统的总内能始终不变。,设状态A,B两部分初态的体积为VA, VB ，末态的体积为VA，VB。,例10：一定量的理想气体分别由初态a经（1）过程ab和初态a经（2）过程acb到达相同的终态b,如下图所示，则两个过程中气体从外界吸收的热量Q1和Q2的关系为：,（A）Q10， Q1 Q2,（D）
7、Q1 0， Q1 Q2,（B）Q1 0， Q1 Q2,（C）Q1 0， Q1 Q2,由：,得：,由此可得曲线是等体线，由热力学第一定律 Q=E+A：,对于过程（2），可分为两个过程， ac和cb，,因为Tb大于Ta，所以Q1大于零。,对于ac过程Q=Q1，而cb过程，Q=A+ E= A,因为对于ab曲线V小于ac曲线对应的体积V，从c到b是做负功。 综合有：Q2=Q1+ A Q1，所以选择（B）,对于（1）过程，V不变，A=0，所以：Q1=E,例11：理想气体开始处于T1=300K, p1=3.039105Pa, V1=4m3状态，先等温膨胀至16m3，接着经过一等体过程达到某一压强，再经绝热
8、压缩回到初态。设全部过程都是可逆的且 =1.4 ，在P-V图上画出上述循环，计算每段过程和循环过程所做的功和熵变。,(2)12等温过程，气体对外做功：,23等容过程，气体对外做功A2=0,熵的增加：,熵的增加：,一个循环内，熵的增加：,31绝热过程，气体对外做功：,循环过程对外做功：,补充题： 一绝热容器被隔板分成两部分，一半是真空，一般是理想气体。若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡以后 （A）温度不变，熵增加。（B）温度升高，熵增加。 （C）温度降低，熵增加。（D）温度不变，熵不变。,解：这是不可逆过程，已知理想气体的体积由 V1 膨胀到 V2 ， 而始末温度相同，设为 T0 .,故
9、可设计一个等温膨胀过程，气体温度保持T0 不变， 体积由 V1 缓慢膨胀到 V2 ，这一过程气体熵变为,补充题： 一绝热容器被隔板分成两部分，一半是真空，一般是理想气体。若把隔板抽出，气体将进行自由膨胀，达到平衡以后 （A）温度不变，熵增加。（B）温度升高，熵增加。 （C）温度降低，熵增加。（D）温度不变，熵不变。,例,在所给的四个图像中，,那个图像能够描述一定质量 的理想气体在可逆绝热过程中 密度随压强的变化？,解: 由,由绝热方程,答案 (D),设有以下一些过程： （1）两种气体在等温下互相混合； （2）理想气体在定体下降温； （3）液体在等温下气化； （4）理想气体在等温下压缩； （5）
10、理想气体绝热自由膨胀。 在这些过程中，使系统的熵增加的过程是： （A）：（1）、（2）、（3）；（B）：（2）、（3）、（4）； （C）：（3）、（4）、（5）；（D）：（1） 、（3）、（5）.,设有以下一些过程： （1）两种气体在等温下互相混合； （2）理想气体在定体下降温； （3）液体在等温下气化； （4）理想气体在等温下压缩； （5）理想气体绝热自由膨胀。 在这些过程中，使系统的熵增加的过程是： （A）：（1）、（2）、（3）；（B）：（2）、（3）、（4）； （C）：（3）、（4）、（5）；（D）：（1） 、（3）、（5）.,一定量的理想气体，分别经历如图（1）所示的abc过程，（图
11、中虚ac线为等温线），和图（2）过程的def过程（图中虚线df为绝热线）。判断这两种过程是吸热还是放热。 （A）abc过程吸热，def过程放热； （B）abc过程放热，def过程吸热； （C）abc和def过程放吸热； （D）abc和def过程放放热；,对于图（1）中的 ac 等温过程，有Q1=E+A1=A10,对于 abc 过程，有Q2=E+A2=A20，所以abc过程吸热,对于图（2）中的 df 绝热过程，有Q3=E+A3=0,对于 def过程，有Q4=E+A4，因为A4A3且两者皆为正值，所以 Q40，所以abc过程放热,f,P,O,V,a,b,c,图（1）,一定量的理想气体，分别经历如
12、图（1）所示的abc过程，（图中虚ac线为等温线），和图（2）过程的def过程（图中df为绝热线）。判断这两种过程是吸热还是放热。 （A）abc过程吸热，def过程放热； （B）abc过程放热，def过程吸热； （C）abc和def过程放吸热； （D）abc和def过程放放热；,例 一定量的理想气体经历acb 过程时吸热500J。则经历 acbda 过程时，f放热为：,解：对于acbda 过程，Q=A，数值上等于acbda曲线包围的面积，且为负，由图可知Ta=Tb，所以对于 acb 过程，Q=500=Aacb0，由此可见曲线acbea包围的面积大小为200（J），而曲线 aebda 包围的面积
13、为900J，所以acbda 过程放热为900-200=700J,c,关于热功转换和热量传递过程，有一些表述中哪些是正确的？ （1）功可以完全转换为热量，而热量不能完全变为功； （2）一切热机的效率都只能小于1； （3）热量不能从低温物体向高温物体传递； （4）热量从高温物体向低温物体传递是不可逆的；,（1）功转换成热是机械能转换成内能的过程，而一个其唯一效果是热量全部转换为功的过程是不可能的; 如果不强调唯一效果则是可能的，例如理想气体的等温膨胀过程，气体从外界吸收的热量全部转化对外做的功以外，还引起了气体本身的体积的增大。 （3）热量不能自动地从低温物体向高温物体传递，如果不强调自动，那么该过程就可以实际发生，例如制冷机，就是热量从低温物体向高温物体传递，只不过制冷机实现这一过程需要通过外界做功这一条件。,关于热功转换和热量传递过程，有一些表述中哪些是正确的？ （1）功可以完全转换为热量，而热量不能完全变为功； （2）一切热机的效率都只能小于1； （3）热量不能从低温物体向高温物体传递； （4）热量从高温物体向低温物体是不可逆的；,