朱卫华《大学物理》热学课件.pptx

朱卫华大学物理热学课件目 录热学基础概念热力学第一定律热力学第二定律热力学第三定律气体动理论01热学基础概念 描述物体冷热状态的一个物理量，常用的温度单位有摄氏度、华氏度等。温度 在热传递过程中，传递内能的量，单位是焦耳。热量温度与热量 当两个物体相互接触时，如果它们在足够长的时间内达到相同的温度，则认为这两个物体处于热平衡状态。如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，则这两个系统彼此之间也必定处于热平衡状态。热平衡与热力学第零定律热力学第零定律热平衡热膨胀 当物体受热时，其体积和长度会增大，密度会减小。热容 描述物质在加热或冷却过程中吸收或释放热量的一种性质，分为质量热容和比热容两种。热膨胀与热容02热力学第一定律内能是物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和，是热力学系统的一种状态函数。内能热量是在热传递过程中传递的能量，表示系统间能量转移的量度。热量内能与热量等温过程等温过程是指在温度保持不变的情况下进行的过程，过程中系统与外界进行热量交换，系统温度不变。等容过程等容过程是指系统体积保持不变的过程，过程中系统不做外功，只进行能量的交换。等温过程与等容过程等压过程与等过程综合等压过程等压过程是指在压力保持不变的情况下进行的过程，过程中系统对外界做功，同时吸收或放出热量，系统压力不变。等过程综合等过程综合是指系统在过程中同时满足等温、等容、等压三个条件，是一种理想化的过程，实际中难以实现。03热力学第二定律热机将热能转化为机械能的效率，受到卡诺循环效率的限制。热机效率理想热机是指卡诺热机和卡诺制冷机，实际热机则受到实际材料和技术的限制。理想热机与实际热机热机的效率与环境温度有关，环境温度越低，热机的效率越高。热机效率与环境温度热机在汽车、发电站和航空航天等领域有广泛应用。热机的应用热机与热效率卡诺循环是一个理想化的热力学循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。卡诺循环卡诺循环的效率由两个等温过程的温度决定，温度越高，效率越高。卡诺循环效率熵增原理是热力学第二定律的一个重要推论，它指出在一个封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行。熵增原理熵是一个描述系统混乱程度或无序度的物理量，其值越大，系统的无序度越高。熵的概念卡诺循环与熵增原理不可逆过程是指不能自发逆转的过程，如摩擦、扩散等；可逆过程则可以自发逆转。不可逆过程与可逆过程热力学第二定律的推论熵与热量传递熵与自然现象热力学第二定律指出，在一个孤立系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即熵不会自发减少。热量总是自发地从高温物体传递到低温物体，这是由于热量传递过程中熵增加的原理。熵增原理可以解释许多自然现象，如地球上气候变化的方向性、生物进化的方向性等。熵与热力学第二定律的推论04热力学第三定律绝对零度是热力学的最低温度，理论上不可能通过任何方式达到，只能无限接近。在绝对零度下，物质的熵达到最小值。绝对零度熵是衡量系统无序度的物理量，其值总是非负的。在封闭系统中，熵总是自发增加的，即系统总是自发地向无序状态演化。熵的特性绝对零度与熵的特性绝对零度不能达到根据热力学第三定律，绝对零度是不能通过有限次的操作达到的。这是因为在达到绝对零度时，物质的熵已经达到最小值，无法再降低。热力学过程的方向热力学第三定律指出，自发过程总是向着熵增加的方向进行。这意味着在自然状态下，系统总是自发地向着更加无序、更加混乱的状态演化。热力学第三定律的推论VS熵的微观解释涉及到微观态与宏观态的概念。一个系统的微观态是指该系统所有微观粒子的状态，而宏观态则是描述系统宏观性质的状态。微观态数熵的大小与系统的微观态数有关。微观态数越多，系统的熵越大。当系统达到绝对零度时，其微观态数达到最小值，因此熵也达到最小值。微观态与宏观态熵的微观解释05气体动理论分子动理论与能量分布气体由大量做无规则运动的分子组成，分子动理论主要研究气体分子运动的基本规律和特性。分子动理论气体分子在运动过程中具有各种形式的能量，如平动动能、转动动能和振动动能，这些能量的分布规律对于理解热现象至关重要。能量分布气体分子速率分布遵循麦克斯韦分布，该分布描述了分子在不同速率区间内的概率密度。通过分析分子速率分布，可以了解气体分子的运动状态和热力学性质，如平均速率、方均根速率等。麦克斯韦分布分子速率分布麦克斯韦分布与分子速率分布分子碰撞气体分子在运动过程中会相互碰撞，碰撞对于分子动量和能量的传递起着重要作用。气体输运过程通过分子碰撞，气体分子之间实现了动量和能量的交换，从而产生了气体的输运过程，如热传导、扩散和对流等。分子碰撞与气体输运过程THANK YOU感谢各位观看