PPT《第9章热力学》

第9章热力学 §1热学的研究对象和研究方法§2平衡态 理想气体状态方程§3 功 热量 热力学第一定律§4 准静态过程中功和热量的计算§5 理想气体的内能和热容 §6热力学第一定律应用 §7绝热过程§8 循环过程 §9热力学第二定律§10 可逆与不可逆过程 §11卡诺循环卡诺定理 概述§1热学的研究对象和研究方法

一、冷热 --- 温度与温度有关的物理规律热学的意义:1)大量存在 2)能量转化 对象的特征:大量无规运动的粒子组成 超人 与宇宙同时出生 (150亿年前) 每秒数10个分子 数到现在才数了 地球上全部大气约有1044个分子一个人每次呼吸气体大约是1022个分子比值接近1个摩尔的数值

二、研究热现象的两大分支1.

热力学 宏观 实验 能量 可靠 2. 统计物理微观理论模型 相辅相成、相互补充 普物的任务 开门、见识 物理的绿洲 经典粒子量子粒子 牛顿力学规律量子力学规律 先经典、后量子 概念、方法相通 统计物理的基本思想 宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子 进行无规运动的一些微观量的统计平均值 宏观量 实测的物理量 如PTV等微观量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、能量等等 无法直接测量的量 气体分子系统的统计分布 解决问题的一般思路从单个粒子的行为出发大量粒子的行为--- 统计规律 统计的方法 模式:假设 结论 验证 修正 理论 例如:微观认为宏观量P 是大量粒子碰壁的平均作用力 先看一个碰一次 再看集体 统计方法: 一个粒子的多次行为多个粒子的一次行为 结果相同 如:掷硬币 看正反面出现的比例 比例接近1/2统计规律性:大量随机事件从整体上表现出来的规律性 量必须很大(魔术师)统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示) x x Δ 小球落入其中一 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 分布服从统计规律 大量小球在空间的 格是一个偶然事件 小球数按空间位置 x 分布曲线 伽耳顿板演示 什么叫统计规律?在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上表现出确定的规律统计规律必然伴随着涨落什么叫涨落?对统计规律的偏离现象涨落有时大 有时小 有时正 有时负例如:伽耳顿板实验中 某坐标x附近Δx区间内分子数为ΔN 涨落的幅度: 涨落的百分比: 如 涨落幅度涨落百分比 什么概念呢?某次测量落在这个区间的分子数是: 如果在这个区间的分子数是: 涨落幅度和涨落百分比 结论:分子数愈多 涨落的百分比愈小 涨落实例:微电流测量时电流的涨落 电子器件中的 热噪声 热力学基础 从实验归纳总结 定律 热力学第一定律热力学第二定律基础定律 地位:相当于力学中的牛顿定律 ---能量转化---过程方向性 §2平衡态 理想气体状态方程 本课程中研究对象的理想特征 1.对象 理想气体 宏观定义:严格遵守气体三定律 实际气体理想化:P 不太高 T 不太低 微观上也有定义理论框架主体是理想气体 1) 在理想气体理论基础上加以修正 2) 经验 若高压 低温? 2.状态 平衡态 定义:在不受外界影响的条件下 对一个孤立系统 经过足够长的时间后 系统达到一个宏观性质不随时间变化的状态 用一组宏观量描述某时的状态 非平衡态 实际上的处理:1)是否可看作平衡态?足够长2)实在不行 --- 分小块3)远离平衡态 -- 非线性 耗散结构 本课的主体:平衡态介绍: 远离平衡态 恒高温 恒低温 温度