第1章 非平衡态热力学2
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第一章基本概念与定义1。
闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:不一定.稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定.2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别.平衡状态并非稳定状态之必要条件.物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4。
倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >,b e p p p =-()e p p <中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变.当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。
有两个系统分别和第三个系统处于热平衡,则两个系统彼此必然处于热平衡。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准.由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7。
促使系统状态变化的原因是什么?举例说明答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。
热 力 学第一章 热力学第一定律§1 热力学第一定律 一.准静态过程系统的状态发生变化时—系统在经历一个过程。
过程进行的任一时刻,系统的状态并非平衡态.热力学中,为能利用平衡态的性质,引入准静态过程的概念。
性质:1.准静态过程:是由无数个平衡态组成的过程即系统的每个中间态都是平衡态。
2.准静态过程是一个理想化的过程,是实际过程的近似。
实际过程仅当进行得无限缓慢时才可看作是准静态过程 。
·拉动活塞,使系统由平衡态1 →状态2,过程中系统内各处的密度(压强、温度)并不完全相同,要过一会儿时间,状态 2才能达到新的平衡。
所以,只有过程进行得无限缓慢,每个中间态才可看作是平衡态。
☆怎样判断“无限缓慢”?弛豫时间τ:系统由非平衡态到平衡态所需时间。
准静态过程条件: ∆t 过程进行 >> τ例如,实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程, ∆t 过程进行 = 0.1秒τ = 容器线度/分子速度= 0.1米/100米/秒 = 10-3秒3.过程曲线:准静态过程可用P -V 图上 一条线表示。
状态1状态2二.功、内能、热量1.功 ·通过作功可以改变系统的状态。
·机械功(摩擦功、体积功)2.内能·内能包含系统内:(1)分子热运动的能量;(2)分子间势能和分子内的势能;(3)分子内部、原子内部运动的能量; (4)电场能、磁场能等。
·内能是状态的函数*对于一定质量的某种气体,内能一般是T 、V 或P 的函数; *对于理想气体,内能只是温度的函数 E = E (T )*对于刚性理想气体分子, i :自由度; ν :摩尔数 ·通过作功改变系统内能的实质是:分子的有规则运动能量和分子的无规则运动能量的转化和传递。
3.热量·传热也可改变系统的状态,其条件是系统和外界的温度不同。
·传热的微观本质:是分子的无规则运动能量从高温物体向低温物体传递。
热力学知识:热力学中稳态和非平衡态热力学是研究能量、热、功、熵等物理量的变化规律和相互关系的一门学科。
在热力学中,稳态和非平衡态是两个重要的概念。
本文将从稳态和非平衡态两个方面,分别探讨其在热力学中的基本概念、特点和应用。
稳态在热力学中是指系统在长时间内保持不变的状态。
无论系统处于什么状态,只要系统经历足够长的时间后,就会达到一个稳定的状态,这种状态就是稳态。
稳态在热力学中有着广泛的应用,比如说热平衡状态就是一种稳态。
在热平衡状态下,热力学系统内温度处处相等,不存在温度梯度,也不存在热能的流动。
此外还有力学平衡、化学平衡等等。
稳态的特点是变化缓慢,不能显著地感受到其变化。
稳态的研究在热力学中具有重要意义。
首先,稳态是热力学研究的基础,建立在稳态基础之上,才能深入研究系统的不稳定性及其变化规律。
其次,由于热力学的定态方程都是建立在稳态基础之上,对于稳态的研究能够深化研究热力学的应用。
如在工程上,可以通过热力学理论研究给定时间内稳态下热能转换效率最大化。
而非平衡态是指系统的各种物理量在空间和时间上都处于不均匀分布的状态。
以体系处于不同温度的两端为例,体系在未达到稳态前,各处的温度存在变化,无法达到均衡的状态,此时就是处于一个非平衡态。
由于系统在非平衡状态下的物理量分布变化明显、动态性强,热力学有时会用非平衡态来研究系统的动力学变化及其演化规律。
非平衡态在热力学中有着极其重要的意义。
例如,它可以用来研究各种非平衡流体力学现象(如湍流、光滑流动),探究非平衡态下相变、自组织现象等等。
此外,非平衡态还广泛应用于工程领域,如物理学家通过对非平衡体系的研究,开发出一种新型的大容量电池,其动力学的变化机理是基于非平衡理论。
总之,稳态和非平衡态都是热力学中不可或缺的重要概念,二者相互联系、相互作用,相辅相成,一同构建了热力学体系。
稳态的研究为我们探索系统的基本特性和变化规律奠定了基础,非平衡态的研究则加深了我们对于动力学变化的认识和理解。
热力学中的平衡态与非平衡态热力学是研究物质的宏观性质和宏观变化规律的学科,其中最基本的概念之一是平衡态与非平衡态。
平衡态是指系统达到宏观与微观的热力学性质不发生任何变化的状态,而非平衡态则相反,系统的宏观与微观性质都在不断变化。
一、平衡态在热力学中,平衡态是指系统中各种力和物质的分布、温度、压强等各种宏观性质不发生任何变化的状态。
在平衡态下,热力学系统的各个部分之间达到了相对的稳定状态,不存在能量和物质的净流动。
平衡态可以分为热平衡和力学平衡两个方面。
热平衡是指系统内部各部分的温度相等,不存在温度差。
力学平衡是指系统内外的压力相等,不存在压强差。
只有同时满足热平衡和力学平衡,才能够达到真正的平衡态。
在平衡态下,物质之间发生的各种宏观和微观变化都处于一种动态的平衡状态,相互之间达到了稳定的均衡。
二、非平衡态与平衡态相对的是非平衡态,即系统中各种力和物质的分布、温度、压强等宏观性质都在不断变化的状态。
非平衡态往往显示出不稳定和动态的特征。
非平衡态的存在主要得益于外界对系统的扰动,如温度梯度、压力差等。
这些扰动破坏了原本的平衡状态,从而导致了物质和能量的净流动。
在非平衡态中,系统的各个部分之间存在能量和物质的净流动。
这种流动会使得系统的各个部分温度、压强等宏观性质发生变化,最终达到新的平衡态或者进一步偏离平衡态。
三、平衡态和非平衡态的关系平衡态是理想的状态,它具有稳定、可逆、均匀等特征。
而非平衡态则是真实世界的常态,存在着各种复杂的宏观和微观变化。
平衡态和非平衡态之间是一种动态的统一关系。
在非平衡态下,系统倾向于寻找新的平衡态,而平衡态又可以成为非平衡态的起始点。
平衡态和非平衡态的研究有助于我们深入理解物质的热力学性质和变化规律。
平衡态的研究可以为我们提供理论基础和参考模型,而非平衡态的研究则可以帮助我们更好地理解和解释真实世界中的各种现象。
结论热力学中的平衡态和非平衡态是描述系统状态变化的重要概念。