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大学物理演示动画---热力学第二定律-[福州大学...李培官]

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大学物理演示动画---光的偏振-[福州大学...李培官]

大学物理演示动画---光的偏振-[福州大学...李培官]
今天是2013年8月4日星期日
大学物理演示动画 ---光的偏振
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
1．光的偏振状态
自然光
线偏振光
部分偏振光
偏振片
波动光学
检 偏
起偏器
检偏器
思 • 一束光线通过一偏振片，若I 不变化，是什么光？
考 •I 变化且有消光, 是什么光？ • I 变化但无消光, 是什么光？
原理：把自然光分成寻 常光和非寻常光，然后 利用全反射把寻常光反 射到棱镜侧壁上，，只 让非寻常光通过，从而 获得一束振动方向固定 的线偏振光。 加工后将两块方解石用 加拿大胶粘合起来， 对于o光 对于e光
光轴
90 48 68
e光 o光
加拿大胶
no n 产生全反射
n 1.55 no 1.658
波动光学
偏振光的干涉 人为双折射现象 旋光现象 偏振光的干涉1 实验装置 屏
偏振片P1
波晶片
偏振片P2
2. 实验现象
单色光入射, 波片厚度均匀, 屏上光强均匀分布.
白光入射, 屏上出现彩色, 转动偏振片或波片, 色彩变化. 波片厚度不均匀时, 出现干涉条纹.
双折射[演示动画]
• 尼克尔棱镜
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今天是2013年8月4日星期日
波动光学
3. 马吕斯定律 I0
P1
I1
P2
I2
P1 A1
E2 E1 cos
P2 A2
A2 A1 cos
马吕斯定律

I 2 I1 cos 2
I2：检偏器射出光强
I1：入射检偏器光强

( 物理化学课件)第三章热力学第二定律

( 物理化学课件)第三章热力学第二定律
3
自发变化的共同特征
自发变化 某种变化有自动发生的趋势，一旦发生就无 需借助外力，可以自动进行，这种变化称为自发变化。
自发变化的共同特征—不可逆性 任何自发变化的逆 过程是不能自动进行的。例如：
(1) 焦耳热功当量中功自动转变成热； (2) 气体向真空膨胀； (3) 热量从高温物体传入低温物体； (4) 浓度不等的溶液混合均匀； (5) 锌片与硫酸铜的置换反应等。4 U = 4Th,md V WC
Tc
ThV1 1 =TcV4 1
环境对体系所作的功 如DA曲线下的面积所示
T =
卡诺循环（Carnot cycle）
整个循环：
U = 0 Q =Qh Qc
Qh 是体系所吸的热，为正值， Qc 是体系放出的热，为负值。
W =W1W3 (W2和W4对消）
W2 W4 = TTc hCv,mdT TThCc v,mdT
= T T h cCv,mdT T T h cCv,mdT =0 即ABCD曲线所围面积为 热机所作的功
卡诺循环（Carnot cycle）
•根据绝热可逆过程方程式
过程2： ThV2 1 =TcV3 1 过程4： ThV1 1 =TcV4 1
相除得 V2 = V3
V1 V4
所以
W1W 3 =
nRTh
卡诺定理的意义：(1)引入了一个不等号 I < R， 原则上解决了化学反应的方向问题；（2）解决 了热机效率的极限值问题。
卡诺定理
热源（T2）
Q2'
Q2
任意热机I
W
可逆热机R
T2> T1
Q1'= Q2'+W
热源（T1）
Q1= Q2+W

热力学第二定律演示图PPT36页

热力学第二定律演示图PPT36页
热力学第二定律演示图
21、没有人陪你走一辈子，所以你要 适应孤 独，没 有人会 帮你一 辈子， 所以你 要奋斗 一生。 22、当眼泪流尽的时候，留下的应该 是坚强 。 23、要改变命运，首先改变自己。
24、勇气很有理由被当作人类德性之 首，因 为这种 德性保 证了所 有其余 的德性 。--温 斯顿． 丘吉尔 。 25、梯子的梯阶从来不是用来搁脚的 ，它只 是让人 们的脚 放上一 段时间 ，以便 让别一 只脚能 够再往Байду номын сангаас上登。
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭

2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官

2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官

大学物理课件卡诺循环福州大学李培官大学物理课件——卡诺循环1.引言卡诺循环是热力学领域中最基本的理想热机循环，由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出。

卡诺循环具有高效、简洁、普适的特点，被广泛应用于各种实际热机的设计与分析。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为蓝本，对卡诺循环进行详细阐述。

2.卡诺循环的基本原理卡诺循环包括四个基本过程：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。

在一个卡诺循环中，工作物质从高温热源吸收热量，在等温膨胀过程中做功，然后通过绝热膨胀过程降低温度，接着在等温压缩过程中向低温热源放热，通过绝热压缩过程回到初始状态。

3.卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率η表示为：η=1T2/T1其中，T1和T2分别为高温热源和低温热源的绝对温度。

根据卡诺定理，任何工作在相同高温热源和低温热源之间的热机，其热效率都不可能高于卡诺循环。

因此，卡诺循环的热效率为最大效率，也称为卡诺效率。

4.卡诺循环的实际应用虽然卡诺循环是一个理想化的热机循环，但在实际工程中，许多热机的设计与分析都借鉴了卡诺循环的原理。

例如，汽车发动机、蒸汽轮机、制冷空调等设备的工作原理都与卡诺循环有着密切的关系。

通过优化热机的工作过程，使其接近卡诺循环，可以提高热机的效率，降低能源消耗。

5.结论卡诺循环作为热力学领域的基础理论，对于理解和分析实际热机的工作原理具有重要意义。

本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为参考，对卡诺循环进行了详细的阐述。

通过对卡诺循环的研究，可以为我国能源领域的科技创新和节能减排提供理论支持。

参考文献：[1]李培官.大学物理[M].福州:福州大学出版社,2010.[2]丰.热力学与统计物理[M].北京:科学出版社,2008.[3].能源与环保[M].上海:上海交通大学出版社,2015.需要重点关注的细节是卡诺循环的热效率。

卡诺循环的热效率是热力学领域中的一个重要概念，它为理解和分析实际热机的工作原理提供了理论依据。

大学物理课件---物质波的统计解释---[福州大学...李培官]

大学物理课件---物质波的统计解释---[福州大学...李培官]
有“干涉”、“衍射”、等现象。 但不是经典的波！因为它不代表实在物理量的波动。
14
欢迎指导
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今天是2020年1月6日星期一
15
10
机械波: -位移量在空间传播 y Acos(t- x )
电磁波: -电场强度在空间传播
E

E0
cos(tu- x
u
)
实物波: ---粒子在空间出现的几率的分布
以电子单缝衍射为例:
光强
亮
暗
x波动观点: I A2 A大 A小
φ
电子束
粒子观点: I N光子数N密大度 N小
统计观点: I 几率 几率大 几率小
今天是2020年1月6日星期一
大学物理课件
--物质波的统计解释
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
1
第六篇
第十二章. ---波和粒子
2
§12--2.物质波.不确定关系
§12-2--2.
物质波的统计解释
3
一.电子双缝衍射实验
机械波是机械振动在介质中的传播，电磁波是变化 的电磁场在空间的传播,那么实物粒子波是什么形式 呢?
这种看法与实验不符。我们知道，衍射现象是由波的干涉而 产生的，如果波真是由它所描写的粒子所组成，则粒子流的衍 射现象应当是由于组成波的这些粒子相互作用而形成的。但事 实证明，在粒子流衍射实验中，照象片上所显示出来的衍射图 样和入射粒子流强度无关，也就是说和单位体积中粒子的数目 无关。如果减小入射粒子流强度，同时延长实验的时间，使投 射到照象片上粒子的总数保持不变，则得到的衍射图样将完全 相同。即使把粒子流强度减小到使得粒子一个一个地被衍射， 照片上一次出现一个孤立的点，体现了电子的粒子性。只要经 过足够长的时间，所得到的衍射图样也还是一样。这说明每一 个粒子被衍射的现象和其他粒子无关，衍射图样不是由粒于之 间的相互作用而产生的。

大学物理演示动画--转动惯量--[福州大学...李培官]

大学物理演示动画--转动惯量--[福州大学...李培官]
2
常见形状转动惯量【动画演 示】
【用鼠标左键点击图中公式可出现8个演示动画】 3
匀质细杆的转动？
5
竿 子 长 些 还 是 短 些 较 安 全 ？
6
挂钟摆锤的转动惯量 (杆长为l, 质 量为m1, 摆锤半径为R, 质量为m2) :
J Jc md 2

1 3
m1l
2

1 2
m2 R 2

m2
l

R2
挂在光滑钉子上的匀质圆环摆动 的转动惯量(圆环质量为m, 半径 为R):
J Jc md 2
mR2 mR2 2mR2
7
竿
子
长
些
还
是
短
些
较
安
飞轮的质量为什么
全
大都分布于外轮缘？
？
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今天是2020年1月6日星期一
大学物理演示动画 转动惯量
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
1
转动惯量 J miri2
1. 物理意义：转动惯性大小的量度.
（ M一定，J ）
2. 转动惯量的大小取决于刚体的质量、形状及转轴 的位置.
飞轮的质量为什么大都分布于外轮缘？
竿子长些还是短些较安全？ 演示
欢迎指导
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今天是2020年1月6日星期一
9

大学物理课件---著名循环的计算-[福州大学...李培官]


理 论 上 对 理 想 热 机 的 工 作 原
于 机 械 细 节 的 改 良 ， 而 是 从
程 师 卡 诺 不 像 别 人 那 样 着 眼
很 低蒸 （汽 约机 发 ）明 。的 法初 国期 青， 年效 工率 4%
3
卡诺为热力学第二定律奠定了基础，为提高热机的效 率指明了方向， 为热力学的发展作出了杰出的贡献！
4
【例1】设氮气作卡诺循环。热源的温度为1270C，冷源的温 度为70C，设 p1=10atm，V1=10L， V2=20L，试求：① p2、 p3 、 p4、V3、V4；②自高温热源吸收的热量；③一次循环中气 体所作的净功；④循环效率。
pV p2 1 1 5(atm ) 解：① V2
T1 1 V3 V2 ( ) 48 .78 10 3 (m 3 ) T2 1 T1 1 V2 V4 V1 ( ) 24 .39 10 3 (m 3 ) p3 p2 ( ) 1.44(atm ) T2 V3 p Q1 p3V3 a p4 2.88(atm ) 1 V4 b V2 V2 4 2 3 d ② Q1 RT1 ln p1V1 ln 7.02 10 (J) c 3 Q2 V1 V1
19
斯特林引擎
（Stirling Engine）， 是一种由外部供热 使气体在不同温度 下作周期性压缩和 膨胀的封闭往复式 发动机。 它由苏格兰牧师斯 特林提出。
20
【例7】 逆斯特林循环是回热式制冷机的常用工作 模式。如下图，1-2和3-4为等温过程，2-3和4-1为 等体过程。求此循环的制冷系数。 解：对两个等温度过程
V1 V4 V2 V3
1
V3 V3 Q2 RT2 ln p3V3 ln 4.93 103 (J) ③ V4 V4

大学物理课件---圆孔衍射--[福州大学李培官]

射，两光线在眼睛中的夹角为α， 由n0α0= nα，即α0=nα 应用瑞利判据，当两光源恰好能分辨时 这时两点光源对瞳孔的张角
S1
n0=1
n=1.33
1 . 22 min 0

n 1 . 22 1 . 22 0 mi n
nD


nD
D
三.解题举例
【例1】在通常亮度下，人眼的瞳孔直径约为3mm ，视觉感受的最灵敏的光波波长为 550 nm. 求：人眼的最小分辨角为多大？ 解： 由题意有：
3 D 3 1 0 (2) 设两物点相距为d，则 d 人眼的最小分辨角为 d m i n
1 . 2 2 5 . 5 1 0 1 . 2 2 2 . 2 1 0 r a d
7 4
min
m in
l
l
则有：
2 4 5 d l
观察者 S
d =120 cm
x 恰能分辨时，有： 0 L
4 x L 25 2 . 3 10 0 . 058 ( mm ) 0
【例4】设人眼在正常照度下的瞳孔直径约3 mm ，而在可 见光中，人眼最敏感的波长为 550nm ，问：(1) 人眼最小分辨 角是多大？(2) 若物体放在明视距离25cm处，那么两物点相距 为多远时恰能被分辨？ 解 (1) 人眼的最小分辨角为：
思考：如何提高仪器分辨率？
D R
提高光学
仪器的放大倍
数能提高角分 辨率吗？ 望远镜： 不可选择，可 显微镜： D不会很大，可
D R
R
4.眼晴的分辨率
n n 0
视网膜上衍射图样衍射斑 0 S2 的半角宽度 λ D 1 . 22 1 . 22 0 D nD 当两光源对瞳孔的张角为α0时，由于前房液和玻璃状液的折

大学物理-多媒体课件-3热力学第二定律

热力学第二定律的性质
热力学第二定律是过程的方向性原理， 它指出自然发生的反应总是向着熵增 加的方向进行，即向着分子无序程度 增加的方向进行。
历史背景与发展
历史背景
热力学第二定律是在19世纪中叶由德国物理学家克劳修斯和英国物理学家开尔 文提出的。这一理论的发展与工业革命时期对能源和效率的需求密切相关。
等容过程
系统体积保持不变的过程，系统吸收或放出 热量而体积不变。
等熵过程
系统熵保持不变的过程，系统吸收或放出热 量而熵不变。
卡诺循成 的循环过程。
卡诺定理
所有工作于相同高温和低温之间的热 机，其效率不能超过卡诺热机的效率 。
熵的概念与计算
熵
表示系统混乱度或无序度的物理量，用于描述系统能量转换时的效率。
微观解释
从微观角度来看，由于分子无规则热运动的加剧，分子之间的相互碰撞和能量传递会使 得系统内部能量的分布变得更加均匀和分散，从而导致宏观状态数的增加和熵的增加。
05 热力学第二定律的挑战与 未来发展
热力学第二定律的局限性
局限于宏观尺度
热力学第二定律主要适用于宏观 尺度下的系统，对于微观尺度的 粒子行为，其适用性有待进一步 探讨。
制冷剂的选择
制冷剂是制冷技术中的关键物质，它需要具备较低的沸点、较高的汽化潜热、良好的化学 稳定性和环保性等特点。常见的制冷剂有氟利昂、氨、水和二氧化碳等。
制冷技术的发展
随着环保意识的提高和能源消耗的增加，制冷技术的发展越来越受到关注。新型制冷技术 如磁制冷、热声制冷等正在逐步取代传统的压缩式制冷技术，具有更高的能效比和环保性 。
多热源温度下的热机效率
对于多热源温度下的实际热机，其效率可以通过计算循环过程中的热量 和功的数值来得出。具体计算方法涉及到热力学第一定律和第二定律的 应用。

大学物理演示动画安培力福州大学李培官

Id
F I
ˆ d n
ˆ ' n
dA Id 当线圈从 1 2时，对应
的磁通由 1 2
则磁力的功：（I 不变）
F
B
A A
2 1
2
1
Id I
若电流变化：
Id
均匀磁场中，任意形状的闭合回路,不论是位置改 变还是形状改变，磁力或磁力矩作的功都等于电流与 磁通增量的乘积
今天是2019年4月14日星期日
大学物理演示动画
-----安培力
福州大学至诚学院
大学物理教研室 李培官
轨道炮演示动画【安培力的应用】
轨道炮：速度达2000米/秒
电磁轨道炮不同于当前的舰炮，它利用电流和生成的电磁力 替代化学能来发射弹丸。其弹丸射速远高于当前舰炮的弹丸 中学物理讲座 - zhpf@ustc 射速。
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今天是2019年4月14日星期日
A I
磁场对载流线圈作用的磁力矩
F1 l1
d
a
l2
B

d
l1
I
F2Βιβλιοθήκη cn F2 b

F1
a(b)
n

B d ( c )
F2
F2
Pm
F2 F2 BIl 2
d l1 sin
Pm ISn
M Fd BIl 2 l1 sin B IS sin BPm sin 6
• 实验:电磁感应插磁铁
直流电动机的原理: 通电导线在磁场中 受安培力而运动.
• 实验探究2:感应电动势3
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动画：热传递
功热转换[演示动画]
热力学第二定律的实质在于指出，一切与热 现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。
水总是 从高处 往低处 流
只有无摩擦的准静态过程才是 可逆的。 （理想过程）
如果1摩尔气体的自由膨胀 N 6.02 1023
宏观态 右边分子数 0 1 2 3
可逆过程和不可逆过程
一个系统由某一状态出发，经过某一过程达到另一状态， 如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回 到原来的状态，同时消除了系统对外界引起的一切影响）， 则原来的过程称为可逆过程； 反之，如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原， 则原来的过程称为不可逆过程。 注意 1、一切与热现象有关的宏观过 程都是不可逆过程。 热传递 功热转换 理想气体的膨胀
生命赖负熵为生。
E.
薛 定 谔
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今天是2013年8月9日星期五
N 1 2 3 CN CN CN CN
N 2 平衡态
N CN /2
左边分子数 3 2 1 0
1 3 2 N CN CN CN CN
可能的微观态数 2 等概率原理：对于孤立系统，各种微观态出现的可能性（或概率） 6.021023 是相等的。每一微观态出现的概率 1 / 2 。 6.021023 全部分子都集中在左边或右边的概率为： / 2 1 均匀分布和接近均匀分布的概率最大。存在气体自动收缩 的可能性，但概率非常小，近乎为零。
今天是2013年8月9日星期五
大学物理演示动画
---热力学第二定律
福州大学至诚学院
大学物理教研室从低温物体传 到高温物体而 不引起外界的 变化 或：热量不可 能自动地从低 温物体传向高 温物体。
动画：热传递
热力学第二定律的开尔文表述
不可能从单一热 源吸收热量，使 之完全变为有用 功而不产生其它 影响。 。 或：第二类永动 机不可实现 。
6.021023
结论
气体自由膨胀是不可逆过程，气体不可能自动收缩。
熵与生命
生物体是高度有序的系统。生物体要想维持机体的 正常运转，必须保持低熵的状态。根据热力学第二定律， 孤立系的熵永不减少，各种生命活动都要产生大量的熵。 因此，生物体必须是开放系统，维持低熵状态的唯一办 法是将多余的熵排到体外，同时从外界摄取低熵的物质。