固液气的热膨胀英文课件 Thermal expansion of solids, liquids and gases

Adiabatic System: can exchange work with its surroundings, but not heat or matter -----------------------------------------------------------Property of a System: an observable characteristic of the system Extensive Property: a characteristic whose value depends on the quantity of matter considered (e.g.,mass, volume, energy)
Definitions (cont.) State Function: • a parameter that depends only on the change in the properties between an initial state and a final state (not on the path traversed from the initial to the final state) • a parameter that is a perfect differential Consider a property A that depends on the variables x and y, so that the function dA is given by: dA = [∂A/∂x|y]dx + [∂A/∂y|x]dy = L(x,y)dx + M(x,y)dy where L(x,y) and M(x,y) are also functions of x and y. dA is a perfect differential if and only if: ∂(∂A/∂x|y)/∂y|x = ∂(∂A/∂y|x)/∂x|y or ∂L/∂y|x = ∂M/∂x|y

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3．某充有足量空气的足球，在从早晨使用到中午的过程中，其
体积的变化忽略不计，则其内部气体的压强随温度变化的关
系图象应遵循下图中的(设足球不漏气)
( )．
答案 C
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4．带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体．
气体开始处于状态a；然后经过过程ab到达
状态b，或经过过程ac到达状态c，b、c状态温
度相同，如V－T图1－2－1所示．设气体在状
态b和状态c的压强分别为pb和pc，在过程ab和 图1－2－1
ac中吸收的热量分别为Qab和Qac，则
( )．
A．pb>pc，Qab>Qac B．pb>pc，Qab<Qac
C．pb<pc，Qab>Qac D．pb<pc，Qab<Qac
无规则
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分类 比较
晶体
单晶体
多晶体
非晶体
形成与转化
有的物质在不同条件下能够形成不同的 形态．同一物质可能以晶体和非晶体两 种不同的形态出现，有些非晶体在一定 条件下也可转化为晶体
典型物质
石英、云母、食盐、 硫酸铜
玻璃、蜂蜡、松香
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(2)若把体积为V的油滴滴在平静的水面上，扩展成面积为 S的单分子油膜，则该油滴的分子直径约为________．已 知阿伏加德罗常数为NA，油的摩尔质量为M，则一个油分 子的质量为________． 答案 (1)水的表面张力 饱和蒸汽压 达到甚至超过

热膨胀与物质状 态改变的实际应 用
工业生产中的热膨胀控制
钢铁工业：控制轧 制过程中的热膨胀， 提高产品质量和产 量
石油化工：通过热 膨胀控制反应温度 和压力，实现高效、 安全的生产
电力工业：热膨胀 控制对于确保发电 设备的稳定运行至 关重要
机械制造：在精密机械 和仪器制造中，热膨胀 控制对于确保产品精度 和稳定性至关重要
在航空航天领域， 精确控制热膨胀 对材料和结构的 影响，确保飞行 器的稳定性和安 全性。
热膨胀和物质状 态改变的未来研 究展望
热膨胀和物质状态改变的深入研究价值
热膨胀和物质状 态改变是物理学 的重要领域，深 入研究有助于揭 示物质的基本性 质和相互作用机
制。
热膨胀和物质状 态改变的研究对 于能源、环境、 材料等领域具有 重要意义，可以 为相关领域的发 展提供理论支持。
液体：热膨胀程度较大，但影 响较小
气体：热膨胀程度最大，影响 也最大
不同物质状态的热膨胀特性不 同，与物质的分子结构和相互 作用有关
图表分析方法
图表类型选择
折线图：用于展示数据随时 间变化的趋势
柱状图：用于比较不同类别 之间的数据
饼图：用于表示各部分在整 体中所占的比例
散点图：用于展示两个变量 之间的关系
热膨胀和物质状态改变 的图表分析
汇报人：XX
目录
物质状态与热膨胀的 关系
01
图表分析方法
02
热膨胀与物质状态改 变的实际应用
03
热膨胀和物质状态改 变的未来研究展望
04
物质状态与热膨 胀的关系
物质状态与热膨胀的定义
物质状态：固态、液态、气态 热膨胀定义：物质受热后体积增大的现象 不同物质状态的热膨胀特性 热膨胀与物质状态改变的关系

子势能
E.若附着层的液体分子比液体内部的分子分布稀疏，则液体和固体之间表现
为浸润
解析 液晶既具有流动性，又具有光学各向异性，液晶显示器利用液晶的光学 各向异性显示不同颜色，A正确； 同一温度下某种液体的饱和汽压一定比未饱和汽压大，题中未说明温度关系， 无法确定汽压大小关系，B正确； 气体温度升高，气体热运动变得剧烈，但气体的体积变化未知，所以压强无法 判断，C错误； 萘的熔点为80 ℃，晶体在熔化过程中吸热，但温度不变，故分子平均动能不 变，吸热后内能增大，所以分子势能变大，D正确； 若附着层的液体分子比液体内部的分子分布稀疏，分子间表现为引力，所以液 体与固体之间表现为不浸润，E错误.
蜡是晶体
√D.在空间站完全失重的环境下，水滴能收缩成标准的球形是因为液体表面张力
的作用
E.当人们感到潮湿时，水蒸发慢，空气的绝对湿度一定较大
变式2 (多选)(2019·安徽淮南市第二次模拟)下列说法中正确的是
√A.水与酒精混合后的总体积小于混合前两者体积之和，说明水与酒精分子间均
存在间隙
B.在一锅水中撒一些胡椒粉，加热一段时间后发现水中的胡椒粉在不停翻滚，
2.液体 (1)液体的表面张力 ①作用：液体的表面张力使液面具有 收缩 的趋势. ②方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线 垂直 . (2)毛细现象：指浸润液体在细管中 上升 的现象，以及不浸润液体在细管中 下降 的现象，毛细管越细，毛细现象越明显. 3.液晶 (1)具有液体的 流动 性. (2)具有晶体的光学各向 异 性. (3) 从 某 个 方 向 看 其 分 子 排 列 比 较 整 齐 ， 但 从 另 一 方 向 看 ， 分 子 的 排 列 是 _杂__乱__无__章___的.
答案 pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3) pb＝p0＋ρg(h2－h1)

What is a “Solid”?
A material that keeps its shape. • can be deformed by stresses • returns to the original shape if it is not s trained too much
Structure difference ? ---- differs from “Fluid” The atomic scale nature of materials has known for less than 100 years.
(Non-crystalline)
CRYSTALLINE
POLYCRYSTALLINE
Single Crystal
Crystalline Solid
• Crystalline Solid is the solid form of a substance in whic h the atoms or molecules are arranged in a definite, re peating pattern in three dimension. Single crystals, ideally have a high degree of order, or regul ar geometric periodicity, throughout the entire volume of t he material.
Encrusting Smithsonite
Peruvian Pyrite
Snow crystal
Calcite(CaCO3) crystal is made from spherical particles. Christiaan Huygen, Leiden1690

[解析] 设小车加速度大小为 a，稳定时汽缸内气体的压强
为 p1，则活塞受到汽缸内外气体的压力分别为：
F1＝p1S，F0＝p0S
由牛顿第二定律得：F1－F0＝ma
小车静止时，在平衡状态下，汽缸内气体的压强应为 p0。
由玻意耳定律得：p1V1＝p0V0 式中 V0＝SL，V1＝S(L－d)
联立以上各式得：a＝mpL0S－dd。
力平 选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分
衡法 析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强
等压 面法
在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相 等。液体内深 h 处的总压强 p＝p0＋ρgh，p0 为液面上方 的压强
选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液 液片
课 堂 提能·考点 全通
易点速过，难点精研，时间用到增分点上
突破点(一) 固体、液体的性质 (自主悟透类)
1．晶体和非晶体 (1)单晶体具有各向异性，但不是在各种物理性质上都表 现出各向异性。 (2)凡是具有各向异性的物体必定是晶体，且是单晶体。 (3)凡是具有确定熔点的物体必定是晶体，反之，必是非 晶体。 (4)晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化。
强为 p2。由玻意耳定律得
(3p0)V＝p2V2
⑤
由⑤式得
p2＝3VV2 p0
⑥
由⑥式知，打开 K3 后活塞上升直到 B 的顶部为止；此时
p2 为 p2′＝32p0。
(3)设加热后活塞下方气体的压强为 p3，气体温度从 T1＝
300 K 升高到 T2＝320 K 的等容过程中，由查理定律得
pT2′1 ＝Tp32
所以
p
气＝p0－
3 2 ρgh

e

U ( r ) / k BT
那么两个原子之间的平均间距为：
r


re e
U ( r ) / k BT
dr
U ( r ) / k BT

dr

如果用简谐近似
U (r )
1 1 2 r r0 2 U 2 2
r0是原子的平衡位置，=rr0为原子离开平衡位置的位移
1/ 2




e
x2
dx
于是得
3 g k BT 3 g r r0 kT r0 2 B 4 k BT f 4 f
1 dr 3 k B g l r0 dT 4 f 2 r0
2
一维单原子链的线膨胀系数为

线膨胀系数直接与非简谐系数有关 如果只计入势能的三次项时，线膨胀系数与温度无关。
r e r e
0

U ( ) / k BT
d
U ( ) / k BT
d


0
re
U ( ) / k BT

0

d e


U ( ) / k BT
d

e U ( ) / kBT d
d r0
0

e
e
d


f2 k BT

d
g k BT



e
e
d



d
r r0
g k BT



e
f2 k BT 4
d

αl /10-6 K-1 24.9 9.2 10.60 16.7 17.1 17.18 5.19 0~2 10.5 ~ 12 18.5 ~ 21 6.95 8.8 4.7 2.7 0.5
温度范围
303 ~ 573 153 ~ 1133 523 ~ 753 303 ~ 1123 693 ~ 1263
373 1573 293 ~ 373 273 ~ 473 293 ~ 573 273 ~ 373 273 ~1273 273 ~1273 273 ~1273 273 ~1273
膨胀系数，可以使制品的力学强度得以提高。
最新课件
36
一级相变：体积突变，有相变潜热。
直接用热膨胀实验分析
二级相变：无体积突变和相变潜热； 但膨胀系数和比热容有突变。
用热膨胀实验可以研究二级相变
最新课件
21
二级相变
同素异构体转变
Fe：α相 β相
有序—无序转变
Cu-Au合金
温度变化时发生的晶型转变
最新课件
22
化学成分的影响
αl Cu – Au合金 膨胀系数
材料学院A306室最新课件
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德国耐驰 DIL402C热膨胀仪
一、技术参数： 1. 升降温速率：0-50 K/min 2. 测量范围：500／5000 μm 3. 样品长度：最大 50 mm 样品直径：最大 12 mm 4. ΔL 分辨率：0.125 nm / 1.25 nm 5. 样品支架：石英支架（< 1100℃），氧化铝支架（< 1700℃），
平均线膨胀系数
l
1 l0
l t
t1
微分线膨胀系数
t
1 lt
dl dt
t t

固体物理学
凝聚态物理学
•X射线衍射
•中子衍射
手段：
•扫描电子显微镜(SEM) •透射电子显微镜(TEM)
•原子力显微镜
•电磁性质的测定等
新材料
16
二、晶体与非晶体
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（一）、晶体的宏观性质
1、晶体具有规则的几何外形
晶面的交线称为晶棱，晶棱汇集点称为顶点。 晶面角守恒定律：晶体规则外形体现在属于同一晶种的 两个对应晶面间或两晶棱间夹角均恒定不变。
4、范德瓦耳斯键（分子键）
外层电子已饱和的原子（如：氩、氖等）和分子（如：HCl、 CO、O2等）在低温下组成晶体时，粒子间有一定的来自分子性 偶极子的电相互作用，也有与两分子（或原子）中电子瞬时位 置有关的吸引力，这种很微弱的结合力称为范德瓦耳斯键。
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极
性
吸引
分
子
极
性
吸引
分
子
无 及 分 子
由范德瓦耳斯键作用组成的晶体称为分子晶体
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三、晶体的微观结构和对称性
（一）晶体的微观结构
1912年 德国 物理学家 Laue(1879--1960) x射线 证实晶体内 部粒子 呈规则排列， 1914年获得诺贝尔物理奖
结点：表示晶体粒子质心所在位置的这些点称为结点。
结点的总体称为空间点阵。
平移周期
原胞：取一结点为顶点，其边长等于平移周期的平行六面体作 为基本单元这样的基本单元称为原胞
kg m-3 1017 kg m-3
每1cm3的体积中有1012 kg，即10亿吨的质量。通俗 地说，其极高的密度是由极高的相互作用力“压缩” 而成的。
• 在以前曾经介绍过绝对零度的电子气体,它产生的压 强称为简并压强，简并压强达到105大气压。