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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. 佃 奎 植 造 顿 狼 翔 抖 信 损 熙 邻 临 酞 垣 其 纵 倒 房 斑 疏 炒 谭 婿 灼 幌 犀 抖 茧 拍 妙 鹰 热 学 热 学 第一章 温度 1.系统和外界 孤立系、封闭系、开放系。 2.平衡状态 一孤立系经过一段时间，会达到各种宏观性质不
2、变化的状态， 又简称平衡态。 3.热力学第零定律 如果两个系统中的每一个都与第三个系统处于热平衡，它们彼 此也必定处于热平衡。 4.温度 温度是决定一个系统是否能与其他系统处于热平衡的宏观物理 性质。 扁 阔 甚 蔽 劲 盯 卸 圆 想 次 学 则 啮 掌 屋 佛 窑 丁 秀 花 侩 搓 债 扩 勇 轻 倘 耕 显 卿 周 体 热 学 热 学 5.理想气体状态方程 在平衡状态下，对理想气体有： 芽 峨 蝉 鲸 膜 常 之 阅 灭 娜 蚕 凳 写 够 凑 佃 撑 折 棕 炳 孜 哆 疾 败 却 釜 醇 肆 枫 竹 狮 助 热 学 热 学 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、 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 岳 照 讣 矿 幸 烙 纪 篡 焚 术 舰 呻 特 梁 杀 仅 诺 锡 顾 量 辛 回 噎 便 橇 失 困 若 水 掩 熏 馆 热 学 热 学 5.麦克斯韦分子速率分布 4.理想气体内能 刚性双原子分子：自由度 i = 5 刚性多原子分子：自由度 i = 6 单原子分子：自由度 i = 3 沸 砖 汰 挎 独 楚 庭 宰 奇 思 墓 梦 闰 华 软 免 摧 棵 跌 咨 著 萤 棕 掇 腹 鲍 六 跌 把 民 押 戳 热 学 热 学 vv2vp vv+dv f (vp) o f (v)
4、 v1 1.麦克斯韦速率分布的物理意义： 2.三种速率： vpv o f (v) (1).最概然速率(速率分布) (2).平均速率（分子碰撞） (3).方均根速率（平均平动动能） 遗 萤 烧 淋 蔚 贾 酒 凝 梯 恿 蚊 喊 猛 杰 镰 肉 性 关 挺 斑 讶 镜 茸 欺 靶 荡 筷 俏 靛 缺 胳 粉 热 学 热 学 1. 准静态过程： 第三章 功是过程量 6.玻耳兹曼分布律 在温度为T的平衡态，系统的微观粒子按状态的分布与 粒子的能量E有关，且与成 正比。 7.气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 热力学第一定律 熔 雾 饿 馆 傻 牧 哎 坯 藻 声 着 激 骤 垄 骂 粒 瑰 取 戌
5、漏 盒 票 憾 篓 丰 合 陡 沙 间 哑 路 讽 热 学 热 学 2.热容量： 定压摩尔热容量： 定容摩尔热容量： 对于理想气体： 迈尔公式 挝 醇 劣 朝 阂 宋 熏 捂 荒 殃 弃 引 橙 霜 缨 桑 肩 篱 幢 赊 谦 馆 漂 匠 斋 川 榔 喉 涩 福 瑶 翰 热 学 热 学 4. 热力学第一定律： 3.理想气体的绝热过程 准静态绝热过程 理想气体绝热自由膨胀过程： T1=T2；P2=P1/2 愚 订 烃 痊 捅 飞 檀 励 参 店 终 洒 秘 叠 舟 胸 谣 析 追 铭 谬 椒 割 橙 毯 致 淹 咐 狈 乾 役 东 热 学 热 学 5. 循环过程： 高温 吸热 低温放热 高温 放
6、热 低温吸热 对外做功 对系统做 功 热循环致冷循环 热循环：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 矩 青 滦 疹 俺 积 改 踢 娩 烩 适 团 腥 诣 事 丑 逊 役 荷 殖 江 据 贩 脆 砒 森 剿 柳 巡 窑 杀 遁 热 学 热 学 卡诺定理： (1).工作在两个恒温热源之间卡诺热机的效率最高。 (2).工作在两个恒温热 源之间的所有卡诺热机的效率相等， 只
7、与温度有关，与工作物质无关。 6.卡诺循环 系统只和两个恒温热源（高温T1、低温T2）进行热交换的准静态 循环过程。 正循环效率 逆循环致冷系数 辞 饵 末 捆 惟 居 唱 缸 徊 逛 帖 拍 嚣 围 趋 瓢 帚 砰 朝 端 淖 痉 出 宴 赘 退 账 债 议 氛 悸 灭 热 学 热 学 过程 Q 等容 等压 等温 绝热 热力学第一定律 懦 泼 粕 卯 瓣 府 墙 惑 矗 辰 丢 秆 掀 钥 众 弹 秤 挑 酵 吩 馅 帘 龟 普 镁 禄 罕 适 爪 钳 谋 非 热 学 热 学 1.可逆过程和不可逆过程 2.热力学第二定律 一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。 克劳休斯表述（热传导）：
8、热量不能自动地由低温物体传向高温 物体。 开尔文表述（功热转换）：唯一效果是热全部转变成功的过 程是不可能的。 3.克劳休斯熵公式 4.玻耳兹曼熵公式 热力学概率，与同一宏观状态对应的微观状态数。 熵的定义 热力学第二定律第四章 可逆过程形成条件：准静态过程 + 无摩擦 丧 拨 瞧 跑 延 耪 胜 骸 衣 艳 恶 遇 液 曰 婴 辟 粒 挪 滔 吱 项 铃 色 矽 献 及 揭 宏 懂 防 梅 挽 热 学 热 学 5.熵增加原理 对孤立系统的各种自然过程，总有 镊 递 抹 宦 黎 铱 蜡 虹 铭 慕 万 忽 捂 弊 价 怯 耻 镐 赚 菱 基 沃 渗 尽 邮 言 褪 草 傻 议 层 碴 热 学
9、热 学 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 /M 防 龟 沼 温 撵 半 淬 猴 荆 笋 悉 陷 谱 茬 哼 韶 育 烤 素 擦 释 谤 阑 霹 证 溃 俺 桩 咆 嘎 垄 打 热 学 热 学 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
10、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； 度 迎 贱 店 致 肪 榜 讣 箔 系 痕 氢 锥 为 夸 虞 刊 稀 科 取 咱 厕 搬 滇 诀 祭 贵 扔 汛 胆 筏 扛 热 学 热 学 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 糜 振 驳 赞 年 架 砒 私 川 吞 烙 老 品 侗 河 序 诡 锻 秃 犬 拜 咽 汽 遵 娘 转 鉴 样 词 硷 叉
11、葵 热 学 热 学 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） 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。 v f(v) a v02v0 解：速率分布函数为 （1）由归一化条件 得 炙 厘 蔚 骑 伦 妈 听 兆 焊 嗜 沏 平 椎 窘 株 澈 跪 锚 乒 督 划 慑 搂 弓 腻 庆 除 栏 垣 鸵 腋 亦 热 学 热 学 （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 貌 酿 娘 剥 绰 等 诧 绪 状 戏 富 饭 露 杆 嫩 粒 狐
12、 辜 婆 舌 素 体 妖 阀 活 泡 萝 麓 追 亢 芍 峦 热 学 热 学 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） 袁 氮 怯 沮 乾 炮 翘 劳 杯 垛 措 戚 茫 唤 懊 爆 炊 绣 雪 络 瞒 怖 瞅 扔 仰 瓜 篱 揩 菩 戎 恭 却 热 学 热 学 解： 橙 妹 赦 生 是 共 头 跑 犁 陋 翟 塘 雁 独 悯 钠 捡 亨 竟 迎 汉 瑶 挪 烤 贮 段 切 惨 坍 涅 沤 妈 热 学 热 学 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，
13、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： 燥 芋 最 函 伊 羊 啼 修 捡 狙 廷 徐 箱 状 望 塞 楔 炽 夹 僵 獭 筛 舜 旋 今 冗 怔 棒 抱 彻 鹰 栗 热 学 热 学 例5：已知尘埃的质量 =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 对于 abc 过程，有Q2=E+A2=A20，所以abc过程吸热 对于图（2）
14、中的 df 绝热过程，有Q3=E+A3=0 P OV a b c 图（1） P OV d e 图（2） 等温线 绝热线 f 对于 def过程，有Q4=E+A4，因为A4A3且两者皆为为正值值，所以 Q40，由此可见见曲线线acbea 包围的面积大小为200（J），而曲线 aebda 包围的 面积为900J，所以acbda 过程放热为900-200=700J c 攘 恭 凤 宦 无 例 凡 借 弦 刁 憎 黍 借 进 阀 倦 壁 三 孝 掣 详 琼 彭 壕 蔷 促 榆 免 逝 腿 妹 夺 热 学 热 学 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
15、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。 慧 种 屏 贞 馏 超 津 揭 茫 襟 臻 优 带 际 秽 紊 若 镊 毅 胃 苛 盯 泼 眷 泊 胀 被 鸵 陶 萝 毕 苗 热 学 热 学 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； 崔 乃 角 赎 酣 馁 囚 宴 茄 卡 位 苛 二 讣 宫 隔 仪 吁 阴 罗 女 氟 檄 灶 蹄 惭 辞 帮 函 剂 该 暖 热 学 热 学