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大学物理(第三版)热学-第一章

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大学物理化学 热力学第一定律

大学物理化学 热力学第一定律

2.焓（H）
H≡U+PV dH=dU+PdV+VdP 推论： 恒压： dH=dU+PdV 恒压仅作体积功：
δQ=dH=dU+PdV Qp=ΔH
说明：焓的引入用了恒压过程，但并不意味只有 恒压过程才有体系的焓变； Qp是热量，非状态函数。
Cp与Cv的关系

Cp-Cv= H
T
其数值与体系中物质的量无关，不具有 加合性，整体的强度性质的数值与体系 中各部分的强度性质的数值相同。
如：
温度、压力、浓度、密度等。
容量性质：
其数值与体系中物质的量成正比，具有 加合性，整体容量性质的数值等于体系 中各部分该性质数值的总和。
如：
体积、质量、能量等。
二、状态、状态函数
1.状态 体系一系列宏观性质的综合，包括如质 量、温度、压力、体积和组成等。
推论： 1.对于理C想P=气体HT 发P 生的过程而言，当温
度不变时，则焓变为零，即ΔH＝0；2.如果温 度发生改变，其焓变量为
ΔH＝ TT12 nCP,mdT
CP与CCPV-的CV关＝系 p：
U V
T
dV
有C －C ＝
p
V

p

U V
T

V T
p
1.3热力学第一定律的应用
一、热力学第一定律对理想气体的应用 1. 低压气体的自由膨胀实验（焦耳）
结果：温度恒定，气体的内能不变， 内能与压力和体积无关……焦耳定律
2.理想气体的内能
热力学体系：无宏观动能（体系静止），宏观 势能对体系影响小，可不予考虑。
ΔU= Q+W
仅作体积功恒压： ΔU=QP+p ΔV

大学物理热学课件

大学物理热学课件
二级相变
体积和熵连续变化，但热容、压缩系数等物 理量发生突变，如超导、超流等现象。
固液气三态性质比较
固态
分子排列紧密，具有一定的形状和体积，不易压缩， 具有固定的熔点。
液态
分子间距离较近，具有一定的体积但无固定形状，易 流动，具有表面张力。
气态
分子间距离较远，无固定形状和体积，易压缩，具有 扩散性。
统计规律与热力学第二定律的关系
统计规律揭示了微观粒子运动的随机性和不确定性，而热力学第二定律则指出了与热现象有关的宏观过 程的不可逆性。两者在描述热现象时相互补充，共同构成了热学理论的基石。
PART 03
热传导、对流与辐射传热 方式
REPORTING
热传导现象及原理
热传导现象
热量从高温物体自发地传向低温物体的现象。
01
结果展示
02
03
04
编写实验报告，详细阐述实验 目的、方法、结果和结论。
利用多媒体手段，如PPT、视 频等，生动形象地展示实验结
果和结论。
在展示过程中注意与听众互动 ，引导听众思考和讨论实验结
果和结论的意义和价值。
THANKS
感谢观看
REPORTING
PART 02
气体动理论与统计规律
REPORTING
理想气体状态方程
1 2
理想气体状态方程
pV = nRT，其中p为压强，V为体积，n为物质 的量，R为气体常数，T为热力学温度。
理想气体状态方程的推导
基于Boyle定律、Charles定律和Avogadro定律 ，结合理想气体的定义推导得出。
3
理想气体状态方程的应用
在物质循环过程中伴随着能量的转换 和传递，如热能、电能、化学能等之 间的转换。

大学物理热学ppt课件

大学物理热学ppt课件
一级相变与二级相变的区别
热力学函数变化特点、相变潜热的计算
临界点及超临界现象
临界点的定义及性质、超临界流体的特点及应用
05 热辐射与黑体辐 射理论
热辐射基本概念及性质
热辐射定义
01
物体由于具有温度而辐射电磁波的现象。
热辐射特点
02
不依赖介质传播，具有连续光谱，温度越高辐射越强。
热辐射与光辐射的区别
气体输运现象及粘滞性、热传导等性质
粘滞性
气体在流动时，由于分子间的动量交换，会 产生阻碍流动的粘滞力。气体的粘滞性与温 度、压强有关。
热传导
气体中热从高温部分传向低温部分的现象 称为热传导。热传导是由于分子间的碰撞传 递能量实现的。气体的热传导系数与温度、
压强有关。
04 固体、液体与相 变现象
大学物理热学ppt课件
目录
• 热学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 气体动理论与分子运动论 • 固体、液体与相变现象 • 热辐射与黑体辐射理论 • 热学在生活和科技中应用
01 热学基本概念与 定律
温度与热量
温度
表示物体冷热程度的物理量， 是分子热运动平均动能的标志。
热量
在热传递过程中所传递内能的 多少。
绝热过程
系统与外界没有热交换的热力学过程。 在绝热过程中，系统的温度变化完全 由做功引起。例如，绝热膨胀和绝热 压缩是常见的绝热过程。
多方过程与准静态过程
多方过程
系统状态变化时，其压强和体积同时发生变化的过程。多方过程的特征在于压强和体积的乘积（PV）的n次方保 持恒定，其中n为多方指数。多方过程包括等温过程、等压过程和等容过程等特例。
最概然速率
在麦克斯韦速率分布曲线中，有一个峰值对应的速率称为最概然速率，表示在该速率附 近分子数最多。

《大学物理》课件-热力学第一定律

《大学物理》课件-热力学第一定律
非平衡态不能用一定的状态参量描述，非准静态过程 也就不能用状态图上的一条线来表示。
21
例1 理想气体准静态等温膨胀做的功。并思考如何实现这 一准静态过程。
22
假设缸中由v mol气体，等温膨胀的温度为T，体积
变化为：
V1 →V2
则
V2
A=
V1
pdV
= V2RT
绝热壁
C
向真空中自由膨胀。测量 膨胀前后水温的变化。
气体
真空 水
实验结果：水温不变，
验证了理想气体的内能与体积无关。为什么？
dQ = 0,dA = 0 dE = 0 (V1 →V2 )
但水的热容比气体的大得多，焦耳实验中气体温度变化不 易测出。实验进一步改进。1852年焦耳和汤姆逊用节流方法重 新做了实验。
11
4.热力学第一定律 机械能守恒： Aex + Ain,n-cons = EB - EA 对保守系统： Aex = EB - EA = ΔE 质心参考系下：Aex = Ein,B - Ein,A
对单一组分的热力学系统(保守系统),外界对系统做 功可分为：①与系统的边界具有宏观位移相联系的宏观功； ②没有宏观位移的热传递型微观功。
Aex = A + Q 则机械能守恒在热力学系统的新形式： A + Q = ΔE
12
对于任何宏观系统的任何过程，系统从外界吸收的热
量等于系统内能的增量和系统对外做的功之和。
Q = E2－E1 + A
A = -A表示系统对外界做功。对初、末态为平衡态的无
限小过程
dQ = dE + dA
——涉及热现象的能量守恒定律的表述。 ——不需要能量输入而能继续做功的“第一类永动机”不 存在。

大学物理第一章课件

大学物理第一章课件

04
大学物理第一章：电磁学基础
电场与电场强度
电场
电荷和电流在空间中激发的场，对其 中运动的电荷产生力的作用。
电场强度
描述电场对电荷作用力大小的物理量， 用矢量表示，单位是伏特/米（V/m） 或牛顿/库仑（N/C）。
电场线
用来形象地描述电场的强弱和方向的 假想线，电场线上每一点的切线方向 表示该点的电场强度方向。
动量与角动量
动量
一个物体的质量与它的速度的乘 积，表示物体运动的量。
角动量
一个旋转物体的转动惯量与它的 角速度的乘积，表示物体旋转运 动的量。
功与能
功
力在物体运动轨迹上所做的乘积，表 示力对物体运动所做的贡献。
能
一个物体由于它的运动或位置而具有 做功的能力，表示物体运动或位置的 量。
03
大学物理第一章：热学基础
大学物理课程是高等教育的必修基础课程之一，旨在为学生提供物理学的 基本概念、原理和方法，培养其科学素养和解决实际问题的能力。
课程目标
01
掌握物理学的基本概念和原理，理解物质的基本性 质和运动规律。
02
学会运用物理学原理和方法分析、解决实际问题， 培养科学思维和创新能力。
03
培养学生对自然界的敬畏和好奇心，激发探索未知 世界的热情和追求科学的动力。
偏振分类
偏振分为线偏振、椭圆偏振和圆偏振三种类型。
偏振应用
偏振现象在光学仪器、通信和信息处理等领域有 广泛应用，如偏振眼镜、液晶显示等。
06
大学物理第一章：近代物理简介
量子力学基础
量子态与波函数
01
描述微观粒子状态的数学函数，具有波粒二象性。
薛定谔方程
02
描述粒子在给定势能下的运动状态的偏微分方程。

大学物理(第三版)热学-第一章

大学物理(第三版)热学-第一章

从实验归纳总结
定律
热力学第一定律 ---能量转化 热力学第二定律 ---过程方向性 基础定律
地位： 相当于力学中的牛顿定律
2021/6/7
12
三、 本课程中研究对象的理想特征
1.对象 理想气体
宏观定义：
严格遵守玻意耳定律
实际气体理想化：
P 不太高 T 不太低
若高压 低温？
2021/6/7
1) 在理想气体理论基础上加以修正
每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化---无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间>>驰豫时 间 例1 气体的准静态压缩
2021/6/7
过程时间 ~ 1 秒
驰豫 时间
<
103 16
s
实际过程太迅速了 怎么办？ 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验
本课介绍 • 气体分子动理论
平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系 •热力学基础 实验的总结---必定涉及过程
3.5 4190/m 3 十亿
大量、无规则
统计方法
数学基础---概率论
2021/6/7
23
讨论 1.理气状态方程
PV M RT PV RT NkT
P nkT
2.不漏气系统 各状态的关系
PV C T
2021/6/7
24
3. P-V 图
P
P.V.T P.V.T
V
P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程
2021/6/7
5
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法
•大量粒子的行为--- 统计规律 例如：微观认为宏观量P
是大量粒子碰壁的平均作用力

大学化学《物理化学-热力学第一定律及其应用》课件


(1)克服外压为 p '，体积从V1 膨胀到V ' ； (2)克服外压为 p"，体积从V ' 膨胀到V " ；
(3)克服外压为 p2，体积从V "膨胀到V2 。
We,3 p '(V 'V1)
p"(V "V ')
p
p1
p1V1
p2 (V2 V ")
p'
所作的功等于3次作功的加和。p "
p 'V ' p"V "
可见，外压差距越小，膨 p2 胀次数越多，做的功也越多。
V1 V ' V "
p2V2
V2 V
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2024/9/13
功与过程（多次等外压膨胀）
p"
p' p1
V"
V1
V'
p
p1
p1V1
p2
V2
p'
p 'V '
阴影面积代表We,3
p"
p"V "
p2
p2V2
上一内容
下一内容
V1 V ' V "
第三步：用 p1 的压力将体系从V ' 压缩到 V1 。
p
W' e,1
p"(V "
V2 )
p1
p1V1
p' (V ' V ")
p'
p 'V '
p1(V1 V ' )
回主目录
V2 V

大学物理热学完整ppt课件


化学组成（定组成定律）： M=M1+M2+M3+ …… 混合气体的分子组分，分子数目： N=N1+N2+N3+……
E，D B，H
因为N等很大, 通常用NA=6.022×1023 做他们的单位，称摩尔量（数）。
NNAMM A
. 123......
各组分分子的质量（分子量）：m1 M N11,
m2
M2 N2
B B’
B B
A物体 （平衡态A’）
（ 平
C物体 （平衡态C’）
衡物
态体
热接触）
热平衡态的传递性：如果A与B互相平衡， B与C互相平衡，那么一 定有A与C也互相平衡。（热力学第零定律）
A与B互相平衡的意思是：虽然热接触允许它们之间作热交换，但它们间实际上
.
已没有热交换发生。
引入温度的目的：如何判断平衡系统A、B是否互为平衡的， 相差多远，如让
PVR or
T
. PVRT
仔细的测量显示，气体越稀薄（n越小），它们的近似程度越好。
n 0 现在人们相信它们只在
的极限下才可能严格成立。
当然这只是一个理想的极限，实际情况总会有些偏 差。 因此这个状态方程被称为理想气体状态方程。
。
当密度较大时，与理想气体状态方程的偏离会很大 。 这时应该寻找它的改善办法
，且只能描述平均行为，无法描述涨落）
▲ 统计力学（statistical mechanics）（微观方法）
对微观结构提 统计方法 出模型、假设
热现象规律
特点：可揭示本质，描述涨落，但受模型
局限。
.
热力学系统的各种分类 按系统与外界交换特点分： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换的系统 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换的系统 绝热系统：与外界没有热量交换的系统

第一章 热力学第一定律


第一章 热力学第一定律
3.热力学能 热力学能：系统内部 能量的总和。符号U ，单位J 。它由多部 分组成： 分子的平动能、转动能、振动能、电子能、 原子核能及分子间 相互作用的势能。
一定量物质在确定状态，热力学能值为确定。但其绝对值是不 知道的。（如果对于某特定物质给予一个基准态，设该态 U=0，则可求得其它态的相对值）
系统分为：封闭系统、隔离系统和敞开系统。
隔离系统的例： 一个完好的热水 瓶：既不传热,也 无体积功与非体 积功的交换,且无 物质交换.
封闭系统的例： 一个不保温的热 水瓶：传热但无 物质交换；一个 汽缸:有功的交换, 但无物质交换.
敞开系统的例 ：一个打开塞 子的热水瓶： 既有能量交换 ，又有物质交 换。
2
1.1 热力学概论
热力学的研究对象 热力学的方法和局限性 几个基本概念：（复习） •系统与环境
•系统的性质 •热力学平衡态
•状态函数
•状态方程
•过程和途径
1 热力学的研究对象 •研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及
其转换过程中所遵循的规律。具体：
研究基础：热力学第一、二定律--人类长期 实践经验的总结。 研究内容： •研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的 能量效应--热力学第一定律；
V=f（p,T）
例如，理想气体的状态方程可表示为：
pV=nRT
第一章 热力学第一定律—热力学基本概念
(2) 广度量和强度量
描述热力学系统的性质ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ为： 广度量（或广度性质）：与物质的数量成正比的性质。如V，Cp ，
U，„等。它具有加和性。
强度量（或强度性质）：与物质的数量无关的性质，如 p、Ｔ和组 成等。它不具有加和性。 两者的关系： 广度量与广度量的比是强度性质，例如，定压热容，Cp，为 广度量，物质的量n为广度量，摩尔定压热容Cp , m为强度量。

大学物理化学 第一章 热力学第一定律 学习指导

11.根据可逆过程特征，指出哪些过程为可逆过程？
（1）在室温和101.325 kPa下，液态水蒸发为同温同压的水蒸气；
（2）在373.15 K和101.325 kPa下，液态水蒸发为同温同压的水蒸气；
（3）水在冰点时凝结成同温同压的冰；
（4）在等温等压下两种气体混合。
12.理想气体从同一状态出发，经绝招可逆压缩或等温可逆压缩到一固定的体积哪一种压缩过程所需的功大？为什么？如果是膨胀，情况又将如何？
（7）因为Qp= ΔH，QV= ΔU，所以Qp与QV都是状态函数。
（8）在101.325kPa下，1mol l00℃的水等温蒸发为100℃的水蒸气。若水蒸气可视为理想气体，那么由于过程等温，所以该过程ΔU= 0。
（9）反应3O2 2O3在等温等压下进行，O2，O3可视为理想气体，由于理想气体的热力学能和焓只与温度有关，因此该过程的ΔH= 0，ΔU= 0。
解：PbO(s)标准摩尔生成热为下列反应的标准摩尔焓变
Pb(s)+ 1/2O2(g) PbO(s)
Pb(s)，O2(g)及PbO(s)的摩尔质量分别为207、32、239g·mol-1。
=（0.218239-0.134207-0.50.90032）Jmol-1K-1
=9.964Jmol-1K-1
三、
解：（1）等压反应
Q(1)=rH(1) = 2fHm(CO2) + 2fHm(CO) = -2393.5 + 2110.5 = -566.0 kJ
rU(1) =rH-nRT= -566.0 - (-18.31298)10-3= -563.5
W(1）= 2.5 kJ
（2）绝热等容反应，Q(2) =W(2) =U(2) = 0。设计过程如下
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24
3. P-V 图
P
P.V.T P.V.T
V
P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程
通常还画 P - T、P - V T - V 、T – E 图
第1章结2束5
第2章 分子动理论 §1 理想气体的压强和温度 §2 能量均分定理 §3 麦克斯韦速率分布律 §4气体分子的平均自由程
地位： 相当于力学中的牛顿定律
12
三、 本课程中研究对象的理想特征
1.对象 理想气体
宏观定义：
严格遵守玻意耳定律
实际气体理想化：
P 不太高 T 不太低
若高压 低温？
1) 在理想气体理论基础上加以修正
2) 经验
13
理想气体----是一种假想的、在任何情况下都能严 格遵循气体定律PV/T=R的气体。
22
2) 高真空 P1013mmHg T27K3
n P kT
7160011.3318.0110 2331205 73
3.5 4190/m 3 十亿
大量、无规则
统计方法
数学基础---概率论
23
讨论 1.理气状态方程
PV M RT PV RT NkT
P nkT
2.不漏气系统 各状态的关系
PV C T
PnkT
PV
M
μ
RT
R8.31J/K.mol
NA6.0213203/mol
k1.3 81 023J/K
n N V
分子数密度
k R 玻耳兹曼常数 NA
21
热力学系统由大量粒子组成
1) 标况 T27K3 P 1atm
n P kT
1.013105Pa
1.013105 1.381023273
2.6 91205/m 3 十亿亿亿
26
§1 理想气体的压强和温度 一、关于每个分子的力学性质的假设
1. 质点 PnkT P0
在 T 一定的情况下 n 分布曲线
8
伽耳顿板演示
小球落入其中一 格是一个偶然事件
大量小球在空间的 分布服从统计规律
.......................................................................................................................................
驰豫 时间
<
103 16
s
实际过程太迅速了 怎么办？ 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验
本课介绍 • 气体分子动理论
平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系 •热力学基础 实验的总结---必定涉及过程
结论是普适的（对象 过程不限） 但 具体的理论计算 必是理气、准静态过程17
第 1 章 理想气体状态方程 一、几个基本概念
•大量粒子的行为--- 统计规律 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
fi
dIi dt
再看 fi
集体 P
i
A
6
一个粒子的多次行为
统计方法：
结果相同
多个粒子的一次行为
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 •统计规律性具有涨落性质(伽耳顿板演示）
小球数按空间 位置 x 分布曲线
x Δx
9
10
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
11
第二 热力学基础
从实验归纳总结
定律
热力学第一定律 ---能量转化 热力学第二定律 ---过程方向性 基础定律
热学
B
1
目录 概述 第1章 理想气体状态方程 第2章 分子动理论 第3章 热力学第一定律 第4章 热力学第二定律
2
概述
热学研究对象及内容
1. 对象：热力学系统 ·由大量分子或原子组成 ·系统外的物体称外界
2. 内容：与热现象有关的性质和规律 热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。
3
热学的研究方法
-----宏观上的寂静状态
微观上系统并不是静止的-----动态平衡
用一组宏观量描述某时的状态 P T
P1 T1
P2 T2
非平衡态
15
3.过程 准静态过程
每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化---无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间>>驰豫时 间 例1 气体的准静态压缩
过程时间 ~ 1 秒
1.温度—物体的冷热程度
处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质
2.热平衡定律(热力学第零定律)
实验表明：若 A与C热平衡 B与C热平衡
则 A与B热平衡
意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的
特征--- 它们的温度相同
18
第零定律 不仅给出了温度的概念 而且指 出了判别温度是否相同的方法
二、理想气体状态方程
从微观上考虑，理想气体有两点不同于实际气体：
(1)气体分子本身的体积可以忽略； (2)在任何情况下，理想气体的分子之间不具有相互作用。
理想气体是一个科学的抽象概念，客观上并不存在理想 气体，它只能看作是实际气体在压力很低时的一种极限 情况。
14
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
1. 宏观描述方法---热力学方法 ·由实验确定的基本规律，研究热现象的宏观特性和规律。 ·对系统进行整体描述。
2. 微观描述方法---统计物理方法 ·从物质的微观结构出发，用统计平均的方法，研究热 现象及规律的微观本质。
4
第一 气体分子系统的统计分布
• 统计物理的基本思想----- 宏观上的一些物理量是组
PV M RT μ
M -- 质量
-- mol 质量
V -- 理气活动空间 R--普适气体恒量
R8.31J/K.mol
19
常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m
MNm
NAm
PV
M
μ
RT
PV N R T NA
PVNkT
NA6.0213203/mol PnkT
常用形式
20
理想气体状态方程
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---表征系统整体性质的物理量 可以实际的物理量 如 P T E 等 微观量—描写单个微观粒子运动状态的物理量
无法直接测量的量 组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、 能量等等
5
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法