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高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)

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人教版高中物理课件-热力学基础

人教版高中物理课件-热力学基础

的高度h時，將氣球在豎直方向上拉離平衡位置10 cm，然後再予以
釋放，試述氣球將做何種運動
解答
⑴熱氣球剛好浮起滿足
讀題
1VB
VFB浮g mH g mt
而由1T1 2T2 可得 m2
⑵熱氣球內加熱到t3 由1T1 3T3
293 T2
g mH g 3VB g mH 3VB a
1VB
α.
設混合氣體的自由度為i, 由 i 2 11 i 7
i7
2
混合前後氣體總內能守恆:
1
3 2
RT
2
5 2
RT
1
2
7 4
RT
1 32
即 3
一個高為152 cm的底部封閉的直玻璃管中下半部充 滿雙原子分子理想氣體，上半部是水銀且玻璃管頂部開口，對氣體
緩慢加熱，到所有的水銀被排出管外時，封閉氣體的摩爾熱容隨體
Q12 CV,m(T2 T1 ) CV,mT1
Q23 Cp,m(T3 T2 ) 2Cp,mT1
P
p2
2
Q12
Q23 3 Q34
Q34 CV,m(T4 T3 ) 2CV,mT1 p1 Q41 Cp,m(T1 T4 ) Cp,mT1
1
4
Q41
3C 2R Q Q Q 1
12
23 CV,Vm,Tm1 2Cp,mT1
積如何變化？傳遞給氣體的總熱量是多少？ (大氣壓強p0=76 cmHg)
取76cmHg為單位壓強,76cm長管容為單位體積,
在此單位制下,氣體的p-V關係為 p
1
p 1 2V 3V
2
由圖知
由 21 T1
2
T1
3
T2VVnR

第七章热力学基础

第七章热力学基础

第七章 热力学基础§7-1功 热量 内能1、热力学系统和热力学过程研究关于热现象和热运动规律的物体（组）——热力学系统 热力学系统的状态随时间的变化——热力学过程 2、平衡过程（准静态过程）过程进行的时间大于各状态参量的驰豫时间 例：（1）使系统的温度由T 1升到T 2的过程 （2）气体的等温膨胀过程（缓慢提活塞）若用活塞快速压缩气缸内的气体，则P 、V 、T 都发生变化 3、功 热量 内能功和热量是能量交换的二种不同形式（实质）注意：（1）功和热量是过程的函数（与过程无关），不少态函数 （2）对平衡过程： （吸热、放热）)T T (MC )T T (C M MCdT M M Q 1212molT T mol 21-=-=⎰＝ C 是该过程的摩尔热容量molM Cc =，是该过程的比热 Mc 是改过程的热容量对等温过程，∞=C ，不能用上式计算。

对外做功：⎰⎰==21v v 21PdV dA A平衡过程在PV 图上可以用一条曲线表示。

该曲线与V 轴所围的面积代表功。

功、热的单位是焦尔或卡。

1卡＝4.2焦尔，1焦尔＝0.24卡图7-1-1气体膨胀做功及其示意图内能——（1）物质系统内部状态决定得能量，是态函数；（2）一般要选择一参考态内能，实际中经常讨论得是内能差； （3）对理想气体内能E 仅是T 的函数。

§7-2热力学第一定律它是能量转换和守恒定律在涉及到热现象过程中的具体形式。

A E E Q 12+-=对任意热力学过程适用（固、液、气） Q:吸热，12E E -是内能增量，A 是对外做功。

对状态的微小变化过程PdV dE A d dE Q d +=+= 对于平衡过程⎰+-=21V V 12PdV E E Q注意：功、热之间的转换不可能是直接的，必须通过物质系统来完成。

§7-3 理想气体的等值平衡过程及摩尔热容量f = PsdL一、等容过程 气体定容摩尔热容量设系统质量为M ，摩尔质量为M mol ，V 为恒量。

2020-2021高中物理竞赛7.1热力学平衡的基本概念课件

2020-2021高中物理竞赛7.1热力学平衡的基本概念课件

对于质量为M、 摩尔质量为Mmol的理想气体，就有
２、对所研究的热力学系统能发生相互作用的其它物体则称为外界或环境。
它是由大量的微观粒子所组成的宏观物体。
例2：对一定质量的理想气体进行等温压缩。若初始时每立方
米体积内气体分子数为 1.961024 ，当压强升高到初始值
的两倍，每立方米体积内气体分子数应为
。
解： v2 3 p
p (
3
v2
)2
0.1 3 10 2
2002
1.33105
pa
§7-1 热力学平衡的基本概念
The end of section 1
第七章 气体动理论
。
解：
p1 n1kT pnkT
n21.9610243.921024
例3：在推导理气压强公式中，体现统计意义的两条假设是
(1) ：
；
(2) ：
。
答：(1)沿空间各方方向运动的分子数目相等
(2) vx2 vy2 vz2 。
例4：在容积为 102m的3 容器中，装有质量100g的气体，若气
体分子的方均根速率为 20m 0s1，则气体的压强为
§7-1 热力学平衡的基本概念
一、热力学系统的平衡
１、热力学的研究就是热力学系统。它是由大量 的微观粒子所组成的宏观物体。 ２、对所研究的热力学系统能发生相互作用的其 它物体则称为外界或环境。 孤立系：与外界没有任何相互作用的热力学体系。
封闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统。 开放系：与外界既有能量交换又有物质交换的热力 学系统 。
单位统一.ppt
第七章 气体动理论
一、质点的自由度
1、约束在一条轨道上运动 ，平动自由度(t=1)

高中物理竞赛讲座：第七章热学3

高中物理竞赛讲座：第七章热学3
T2
低温
例1、1mol单原子分子的 理想气体，经历如图所示的 可逆循环，联结ac两点的曲 线Ⅲ的方程为 P P0 V 2 ， V02 a点的温度为T0。
9P0
P b Ⅰ II
c
III
a(P0V0T0) V
1）试求Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ过程中
气体吸收的热量; 分析：QI Cv Tb Ta
2）求此循环的效率;
p
d c
e b
a o V p d c
a
0
简化后
V V
e
o
V
0
b V V
奥 托 热 机
排 气 阀 点 火 装 置
进 气 阀
活 塞
点 火 装 置
吸 气
奥 托 循 环
p
d e c a b
V
0
o
V V
奥 托 循 环
点 火 装 置
吸 气
p
d e c a b
V
0
o
V V
奥 托 循 环
点 火 装 置
吸 气
3) 净功.
QII CP Tc Tb QIII A CV Ta Tc
P0 9P0 解： Tb 9T0 T0 Tb P0 9P0 2 Vc 3V0 2 V0 Vc P0 V0 9P0 3V0 Tc 27T0 T0 Tc
P 9P0 b Ⅰ III a(P0V0T0) V II
P
（ 2）
1
Q III Q I Q II
9P0
b Ⅰ
II
c
III
16.3%
（ 3） A 净
Q净
a(P0V0T0)
V
QI QII QIII

全套更高更妙的物理竞赛ppt课件竞赛课件16：热力学基础

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W
cV T2 T1
Q放 E W
理想气体做绝热膨胀，由初状态（p0，V0） 至末状态（p，V），试证明在此过程中气体所做的功为
p0V0 pV W 1
绝热膨胀时,对外做功量等于内能的减少:
i W E NR(T0 T ) 2
p0V0 pV i NR( ) 2 NR NR
mg 1中活塞下气体压强为 S nRT0 mg 由 V nRT0 h S mg 3 1中活塞下气体内能为 E 0 n RT0 2
m 5 nM
1
m n M T0
2
m/2
26 T T0 27
在大气压下用电流加热一个绝热金属片，使其在恒 定的功率P下获得电热能，由此而导致的金属片绝对温度T随时间t的 增长关系为 T (t ) T 1 ( t t ) ．其中Ｔ0、α、t0均为常量．求金属片热 容量Cp(T)．（本题讨论内容，自然只在一定的温度范围内适用）
3
由v1摩尔的单原子分子理想气体与v2摩尔双原 子分子理想气体混合组成某种理想气体，已知该混合理想 11 气体在常温下的绝热方程为 PV 7 常量．试求 v1与v2的比值 α.
i 2 11 设混合气体的自由度为i, 由 i 7
7 i 2
混合前后气体总内能守恒:
3 5 7 1 RT 2 RT 1 2 RT 2 2 4
0＝W+Q
E Q 等容升温升 m 压时，气体 Q cV T2 T1 M 吸热，内能 增加；等容 W 0 降温降压时 ，气体放热 m ，内能减少 E CV T2 T1 M ．热量等于 内能增量
ΔE ＝Q
E W Q E W 等压升温膨胀时 绝热膨胀降压

《物理_热力学基础》PPT课件

《物理_热力学基础》PPT课件

理想气体卡诺循环热机效率的计算
卡诺循环
p p1
p2 p4
A
T1 T2
Qab T1
D
A — B 等温膨胀
B — C 绝热膨胀
B
W
Qcd
C — D 等温压缩
C V
p3
o V1 V4
T2
V2
D — A 绝热压缩
V3
14
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
p p1
p2 p4
A
T1 T2
Qab T1
3
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
1.特征E 0 2.准静态的循环过程为闭合曲线 3.净功和净热量： Q A 封闭曲线包围的面积 正循环
A0 A0
4
逆循环
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
二 热机和致冷机
循环用到工程技术中去，制成热机、致冷机。 热机：持续不断把热能转变成机械能的装置。 什么过程能将热能变成功？
d
高温热源 Q1
B
VB V
致冷机
A
o
VA
Q2
低温热源
Q2—追求的效果
A—付出的“成本” Q2 Q2 致冷机致冷系数 w A Q1 Q2
8
物理学
第五版
10-3 循环过程 卡诺循环
例 1 1mol单原子气体氖经历图示循环，求 此循环效率. P105 Pa 解 TA 273K , TB 546K
10-3 循环过程 卡诺循环
B C
QBC C p ,m TC TB
吸热
5 1 8.31 (819 546) 5.67 10 3 J 2

热力学基础PPT课件

热力学基础PPT课件
REPORTING
目录
• 热力学基本概念与定律 • 热力学过程与循环 • 热力学第二定律与熵增原理 • 理想气体状态方程及应用 • 热力学在能源利用和环境保护中应用
PART 01
热力学基本概念与定律
REPORTING
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界没有物质和能量交换的系统。
一切实际过程都是不可逆过程。
热力学温标及其特点
热力学温标 热力学温标是由热力学第二定律引出的与测温物质无关的理想温标。
热力学温度T与摄氏温度t的关系为：T=t+273.15K。
热力学温标及其特点
01
02
03
04
热力学温标的特点
热力学温标的零点为绝对零度 ，即-273.15℃。
热力学温标与测温物质的性质 无关，因此更为客观和准确。
01
可逆过程
02
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，如果能使系统 和环境都完全复原，则这样的过程称为可逆过程。
03
可逆过程是一种理想化的抽象过程，实际上并不存在。
04
不可逆过程
05
系统经过某一过程从状态1变到状态2后，无论采用何种 方法都不能使系统和环境都完全复原，则这样的过程称为 不可逆过程。
06
PART 03
热力学第二定律与熵增原 理
REPORTING
热力学第二定律表述及意义
热力学第二定律的两种表述
01
04
热力学第二定律的意义
克劳修斯表述：热量不能自发地从低温物 体传到高温物体。
02
05
揭示了自然界中宏观过程的方向性。
开尔文表述：不可能从单一热源取热，使 之完全变为有用功而不产生其他影响。

高中物理竞赛课件 第七章 热力学基础 (共67张PPT)


E i RT dE i RdT
2
2
CP
dQP dT
dQP
dE
PdV
i 2
RdT
RdT
PV RT d（PV） PdV VdP PdV RdT
14
单原子：i 3 双原子：i 5 多原子：i 6 二、三种等值过程
5
3
7
5
8
6
1.等容过程 特征：dV 0 dA 0
p
过程方程：
(1)状态d的体积Vd; (2)整个过程对外所做的功;
(3)整个过程吸收的热量.
p
2p1
c
解: (1)由绝热过程方程：
TcVc 1 TdVd 1
p1
ab
d
1
得：Vd
Tc Td
1
Vc
根据题意：
Td
Ta
p1V1 R
o v1 2v1
v
Vc 2V1
Tc
pcVc R
4 p1V1 R
4Ta
5
3
27
(2)整个过程对外所做的功;
真空
T
T0
2V0
∵绝热过程
(E E0） A 0
而 A=0
V0 1T0 （2V0） 1T T P0V0 P（2V0） P
E E0 （T T0）
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P
1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
i 2 1
1
i

热力学完整ppt课件


01
02
空调制冷技术原理：利 用制冷剂在蒸发器内蒸 发吸收室内热量，再通 过压缩机将制冷剂压缩 成高温高压气体，经冷 凝器散热后变成低温低 压液体，如此循环实现 制冷。
节能措施探讨
03
04
05
采用高效压缩机和换热 器，提高制冷效率。
优化控制系统，实现精 准控温和智能节能。
采用环保制冷剂，减少 对环境的影响。
THANKS
感谢观看
05
化学热力学基础
化学反应热效应计算
反应热的概念及分类
反应热的计算方法及 实例
热化学方程式的书写 及意义
盖斯定律在化学热力学中应用
盖斯定律的内容及意义 盖斯定律在反应热计算中的应用
盖斯定律在相变热计算中的应用
化学反应方向判断依据
化学反应自发进行的方向判据
焓变与熵变对反应方向的影响
自由能变化与反应方向的关系
热力学完整ppt课件
目 录
• 热力学基本概念与定律 • 热量传递与热平衡 • 气体性质与过程分析 • 相变与相平衡原理 • 化学热力学基础 • 热力学在能源工程领域应用
01
热力学基本概念与定律
热力学系统及其分类
孤立系统
与外界既没有物质交换也没有能量交 换的系统。
开系
与外界既有能量交换又有物质交换的 系统。
04
相变与相平衡原理
相变现象及分类
相变现象
物质从一种相转变为另一种相的过程 ，如固、液、气三相之间的转变。
分类
一级相变和二级相变。一级相变涉及 热量的吸收或释放，体积发生变化； 二级相变无热量交换，体积不变。
相平衡条件与克拉珀龙方程
相平衡条件
在一定温度和压力下，各相之间达到动 态平衡，各相的性质和组成不再发生变 化。

高二物理竞赛热学绪论PPT(课件)

殊模型，但又可应用于任何的宏观的物质系统.
热力学的局限性： （1） 它只适用于粒子数很多的宏观系统；---多体系统
（2）它主要研究物质在平衡态下的性质. 它不能解答系统如何 从非平衡态进入平衡态的过程；---非平衡态
（3） 它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。所以然？ （4） 它只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么有这 种基本关系。---所以然？
钻木取火
青铜器---鼎
二、16-17世纪
蒸汽机（steam engine）
早期ห้องสมุดไป่ตู้汽车
蒸汽机成为工业生产的主要动力。第一次工业革命。
热究竟是什么？ 热质说。
热质是由一种非常小的、没有质量的、可以穿越任何 物体的、相互排斥的微粒。能够解释温度变化、热传导、 热辐射等热学现象。不能解释“真空中两块冰摩擦熔化的 现象”。
绪论
§1.1 宏观描述方法与微观描述方法
热 学 研究物质热运动与热相联系的各种规律的理论
热力学
统计物理学
宏观理论（热力学）
微观理论（统计物理学）
观察和实验
力学规律, 统计平均方法
热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质
§1.1.1 热学的研究对象及其特点 一 、热物理学（thermal physics）
无规热运动中. （2）它主要研究物质在平衡态下的性质.
宏观与微观的两种不同描述方法。 物理学中专门研究热现象的一门分支学科 蒸汽机（steam engine） 它们分别从不同角度去研究问题，自成独立体系，相互间又存在千丝万缕的联系。
0（2×2）10它2大3主个要分量研子究。微物质观在平粒衡态子下的的性质无. 规热运动-----决定了宏观物质的热学性质
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Cv

i 2
R,

CP CV
E M CVT 力 dT=0；PV=C
PVn=C；n=0，1，，
学
热
力 学
Q= ΔE +A
第 一 定 律
dQ=0；PVr=C
ΔE=0；
1 Q2
Q1
Q1-Q2=A净
Q2
的
应
A V2 PdV V1
用
Q m CT
1 T2
Q1 Q2
dQ = dE + dA
11
注意： 1.Q是一个过程量
Q =E2 E1+ A
2.正负号的规定:
Q0 (系 统吸 ); 热 Q0 (系 统放 ) 热 A0 (系 统对外 ); 作 A功 0 (外 界对系)统作功 E0 (系 统内能 ); 增 E加 0 (系 统内能 ) 减少
V0
真空
T
T0
2V 0
V01T0 （2V0） 1TT
∵绝热过程
P0V0 P（2V0） P
(EE0） A0 EE0 T（ T0）
而 A=0
始末两态满足 P0V0 P（2V0）
状态方程
T0
T
P

1 2
P0
26
例7-4 1mol单原子理想气体,由状态a(p1,V1)先等压加热至体积增大1倍,再等体加热至压 力增大1倍,最后再经绝热膨胀,使其温度降至初始温度,如图所示,试求:
Q的大小与过程有关
Cm
的大小也与过程有关
ol
（1）.等容摩尔热容CV
13
CV

dQV dT
dV Q d（ E d V 0 d A P d 0 ） VCV
i
i
i 2
R
E RTdE RdT
2
2
（2）.等压摩尔热C容P
CP

dQP dT
CP

i 2
R
R

i
2 2
R
dQ PdE PdV2 iRdT RdT CV R
·2(T2) V
∴内能是状态参量的函数，内能的变化由状态变化单值决定。
8
4.准静态过程的功
对体系作功能使体系的温度升高，从而增加物体的内能。所以做功是体系与外 界能量交换的一种方法。是外界有序运动的能量和系统内分子的无序运动的能量 的转换——能量传递的宏观形式。
p 1
dl
p
pS
o
V
V
V
1 dV
2
dA =F.dl =pSdl = pdV
缓慢移H 动 作 e ， A 功 。 对求 N2内 ：能的变化。
分 V A 析 T A （ E ： A ） T B （ E B ）
导热板
解：
A,B Q0
AB
E EAEBA 活塞 He N 2
又 准静态 T 过 A 程 TB
解： 气体若作绝热膨胀，所作的功为：
AEM m moC lV(T1T2)
Vγ1
T1 1
=Vγ2
T1 2
A=941 (J)
i271.4
i5
气体若作等温膨胀，所作的功为：
A=
m M mol RT
1
ln
V2 V1
=1.44×103 (J)
25
2.非静态绝热过程——绝热自由膨胀
P0
P
A
dV T A
23
c.物理解释： 膨胀相同的体积绝热比等温压强下降得快
等 温V

p

2 3
nk
np
绝V 热V
n
p
T k p
24
[例]设有8g氧气，体积为0.41×10-3m3,温度为300K，如氧气作绝热膨胀，膨胀后的 体积为4.10×10-3 m3。问气体作功多少？如氧气作等温膨胀，膨胀后的体积也是 4.10×10-3 m3 ，问这时气体作功多少？
第七章 热力学基础
热力学－－研究热现象的宏观理论
热力学:从能量观点出发,以观察和实验事 实为依据,分析研究物态变化过程中有关热功 转化的关系和条件.
热力学第一定律 热力学
热力学第二定律
1
第七章 热力学基础
（Bases of thermodynamics)
§7.1 准静态过程 §7.2 热力学第一定律
5 3
27
(2)整个过程对外所做的功;
p
2p1
c
AAabAbcAcd 其A a 中 bp 1 (V b ： V a ) p 1 V 1 p1
ab
d
Abc 0
o v1 2v1
v
A c d E c d C V ( T c T d ) C V ( 4 T a T a )
(CVR)PdV CVVdP
CP
dVVCV
dP P
γlnV=-lnp+Cˊ
两边积分 dP dV
P
V
ln
γ
pV
=
C
´´
pVγ = C
21
泊松方程 (绝热方程)
pVγ = C
将理想气体状态方程代入上式，并从中
消去 p 或V 就可以得到另外两个泊松方程：
γ
V
1T = C 1
pγ
1T
γ
=C2
p I.
绝热套
o
1.准静态绝热过程
. II
V
(1). A
E


m M
i 2
R(T2
T1)

2i (P1V1
P2V2)

P1V1 P2V2
1
19
证明2i（ ：P1V1 P2V2）
P1V1
P2V2 2

P1V1 P2V2 211
i
i
P1 V1 P2V2 P1V1 P2V2
(1)状态d的体积Vd; (2)整个过程对外所做的功;
(3)整个过程吸收的热量.
p
2p1
c
解: (1)由绝热过程方程：
TcVc1TdVd1 p1
ab
d
1
得：Vd


Tc Td

1
Vc

15.8V1
根据题意：
Td
Ta

p1V1 R
o v1 2v1
v
Vc 2V1
Tc pR cVc 4p R 1V1 4Ta
P R V d （ T P ） P V V d P d V R d PV dT
比热容比 CP i 2
CV i
14
CP i 2
CV i
单原子： i 3
双原子i： 5
多原子i：6
二、三种等值过程
5 3 7 5 8 6
1.等容过程 特d 征 V 0 ： d A 0
§7.3 热力学第一定律对等值过程应用 §7.4 绝热过程，多方过程 §7.5 循环过程，卡诺循环
§7.6 热力学第二定律 §7.7 可逆过程和可逆过程，卡诺定理
§7.8 熵和熵增加原理
§7.9 热力学第二定律的统计意义
2
第七章 热力学基础
§7.1 热力学第一定律 §7.2 第一定律对于等值过程的应用 §7.3 绝热过程 多方过程 §7.4 循环过程 §7.5 热力学第二定律
V 1
V
V
2
(3 )Q P . E A M m (C V R )T 2 ( T 1 ) M m C P T
等压膨胀 QP： 0 吸热 等压压缩 QP： 0放热
3.等温过程
QT
特征：dT = 0
恒温大热源T
dE0
17
过程方程：PV=常量
(1 )A .V 2Pd m V V 2Rd T V m RlT n V 2
3.热力学第一定律适用于任何系统的任何过程 （包括非静态过程）
4.对于准静态过程热力学第一定律可表达为：
Q = E2
E 1
+
pdV
12
§7. 2 热力学第一定律 对于理想气体等值过程的应用
一、摩C 尔 m： o1m l热 物 o容 l 质1开 升所 温需的热量
定义：
Cmol

dQ dT
M m摩尔物T质 1从 T2：QM mCm（ olT2 T1）
T1 第二定律开氏表述
T2
T1 T2
第二定律克氏表述
M
5
热 热力学 力 第一定律 学
Q m CT M
等体过程
热 等压过程 摩尔热容
力 学
等温过程 多方过程
第 绝热过程 一 定
热机效率
律 循环过程
的
致冷系数
应
用 卡诺 热力学第二定律
循环 卡诺热机效率
卡诺致冷系数
6
§7. 1 热力学第一定律

3 2
R
3Ta

9 2
p1V1
得: A121P1V1
28
(3)整个过程吸收的热量.
p
方法一：
QQ abQ bcQ cd
11 2
P1V1
2p1
5
p1
Qab Cp(Tb Ta) 2R(Tb Ta)
c ab
d
5
5
o v1 2v1
v
2(pbVb paVa) 2 p1V1
一、关于热力学的一些基本概念 1. 热力学系统（热力学研究对象，简称系统）
1。开放系统：系统与外界既有能量传递，又有质量传递的系统。 2。孤立系统：系统与外界既没能量传递，又没质量传递的系统。