热 学
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初中物理热学知识点初中物理知识点:热学热学一、热现象:(一.)温度:1.物理意义:表示物体的冷热程度。
2.单位;摄氏度( ℃ )。
3.测量工具:温度计;4.温度计(1)制作原理:利用液体的胀热冷缩。
(2)常用种类:实验用温度计(测量范围:0℃~100℃)、体温计(测量范围:35℃~42℃)、寒暑表(测量范围:-30℃~50℃)。
(3)使用方法:使用前------使用时-------5.体温计的特殊结构:(1)三棱形的柱体(起放大液体的作用,容易观察液面的位置);(2)缩口——液泡和毛细管之间有一段非常细的部分(作用:上升到毛细管的水银不能自动回到玻璃泡内,在缩口处被切断)。
6.使用方法:使用前必须先向下甩一甩,读数时可以离开人体读)。
(二)物态变化:1.熔化:固变液,吸热,(晶体有熔点,熔化时吸热,但温度保持不变,非晶体没有熔点,熔化时吸热,但温度一直升高)。
2.凝固:液变固,放热。
3.汽化:液变气,吸热。
(1)两种方式;蒸发和沸腾。
(2)蒸发:A.条件:任何温度,只在液体的表面。
B.影响蒸发快慢的因素:液体温度、表面积、液面上的气流。
(3)沸腾:A.条件:达到沸点,继续吸热,液体表面和内部同时发生的。
B .影响沸腾的因素:液体表面上气压的大小(气压越大,沸点越高)。
4液化:气变液,放热。
(1)液化方法:A.降温 B.压缩体积(2)例如:“白气”、雾、露。
液化气。
二、热和能:1.分子动理论:(1)物质是由分子组成的;(2)一切物质的分子都在不停地做无规则运动 (扩散现象表明分子在不停地运动着;温度越高,分子运动越激烈,扩散现象越明显。
)(3)分子间有相互作用的引力和斥力2、内能:(1)概念:物体内部所有分子热运动的动能和势能的总和。
(2)内能大小与温度有关:同一个物体温度越高,内能越大。
(3)改变物体内能的方式有:做功和热传递。
(在热传递过程中传递能量的多少叫热量,单位是焦耳J。
物体间只要有温度差存在就有热传递发生。
热力学知识:热力学中的两大热学循环和三大热学过程热力学作为物理学的一个分支,研究的是与能量转换和热流相关的问题,常常用于分析热力学循环和热学过程。
在热力学中,有两大热学循环和三大热学过程,它们对能源转换、环境保护和工业生产等方面都具有很大的影响。
一、两大热学循环热学循环是指在某种工质内进行加热、膨胀、冷却和压缩等过程后,以达到某种特定的目的的一种过程。
当我们讨论热力学循环时,通常指的是两种最常见的热学循环,即卡诺循环和布雷顿循环。
1.卡诺循环卡诺循环是一种被认为是最理想的热力学循环,因为它有最高的效率。
卡诺循环由两种等温过程和两种等熵过程组成。
这种循环通常被用来描述热量机的理论效率,也可以用来与实际的热力学循环进行比较。
卡诺循环的方程可以表示为:效率= 1 - (T2 / T1)其中,T1和T2分别表示循环中的高温和低温。
卡诺循环的主要优点是,如果实际循环可以接近卡诺循环,那么它可以达到很高的效率。
但是,卡诺循环不可逆和理论性质使它不能够应用于实际应用中。
2.布雷顿循环布雷顿循环是一种最常见并且应用最广泛的热力学循环,广泛应用于汽车引擎、电力厂和空调等领域。
布雷顿循环由四个不同的过程组成,包括等压加热、等压膨胀、等温冷却和等温压缩。
布雷顿循环的方程可以表示为:效率= (燃料的高位热值-废气传出热量)/燃料的高位热值二、三大热学过程热学过程是指在恒定的压强和体积下,引入或使系统中的热量流失的过程。
在热力学中,有三种最常见的热学过程,分别是等容过程、等压过程和等温过程。
1.等容过程等容过程(也称为等体积过程)是指在恒定的体积下,将热量引入系统或让系统中的热量流失的过程。
例如,加热密封容器中的气体就可以被认为是一个等容过程,因为容器的体积是不变的。
2.等压过程等压过程(也称为等压加热或等压膨胀过程)是指在恒定的压强下,引入或使系统中的热量流失的过程。
例如,让气体在一个搅拌锅内加热,使气体的内部压强不变,即为等压过程。
热学基础知识 一、物态变化一、温度 (一)温度:1. 温度:温度是用来表示物体冷热程度的物理量; 注:热的物体我们说它的温度高,冷的物体我们说它的温度低,若两个物体冷热程度一样,它们的温度亦相同;我们凭感觉判断物体的冷热程度一般不可靠; 2、摄氏温度:(1)温度常用的单位是摄氏度,用符号“C ”表示; (2)摄氏温度的规定:把一个大气压下,冰水混合物的温度规定为0℃;把一个标准大气压下沸水的温度规定为100℃;然后把0℃和100℃之间分成100等份,每一等份代表1℃。
(3)摄氏温度的读法:如“5℃”读作“5摄氏度”;“-20℃”读作“零下20摄氏度”或“负20摄氏度” (二)温度计1、常用的温度计是利用液体的热胀冷缩的原理制造的;2、 温度计的构成:玻璃泡、均匀的玻璃管、玻璃泡总装适量的液体(如酒精、煤油或水银)、刻度;3、 温度计的使用:(1)使用前要:观察温度计的量程、分度值(每个小刻度表示多少温度),并估测液体的温度,不能超过温度计的量程(否则会损坏温度计)(2)测量时,要将温度计的玻璃泡与被测液体充分接触,不能紧靠容器壁和容器底部;(3)读数时,玻璃泡不能离开被测液、要待温度计的示数稳定后读数,且视线要与温度计中夜柱的上表面相平。
(三)体温计:1、 用途:专门用来测量人体温的;2、 测量范围:35℃~42℃;分度值为0.1℃;3、 体温计读数时可以离开人体;4、 体温计的特殊构成:玻璃泡和直的玻璃管之间有极细的、弯的细管(缩口); 二、熔化和凝固(一).物态变化:物质在固、液、气三种状态之间的变化;固态、液态、气态在一定条件下可以相互转化。
物质以什么状态存在跟物体的温度有关。
(二)熔化和凝固:物质从固态变为液态叫熔化;从液态变为固态叫凝固。
1、 物质熔化时要吸热;凝固时要放热;2、 熔化和凝固是可逆的两物态变化过程;3、 固体可分为晶体和非晶体;(1)晶体:熔化时有固定温度(熔点)的物质;非晶体:熔化时没有固定温度的物质;(2)晶体和非晶体的根本区别是:晶体有熔点(熔化时温度不变继续吸热),非晶体没有熔点(熔化时温度升高,继续吸热);(熔点:晶体熔化时的温度); 4、晶体熔化的特点:吸热,温度保持不变。
1、热力学第零定律在不受外界影响的条件下,两个热力学系统同时与第三个热力学系统处于热平衡,则两个热力学系统也必定处于热平衡。
2、在宏观上,温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度值。
开氏温标 理想气体定律:P tr 为气体温度计在水的三相点时的压强。
热力学温度与摄氏温度的关系: t = T- 273.15物态或状态方程 1、玻意耳定律P V = C (当T 不变) 2、盖吕萨克定律V = V 0(1 + αV t ) (P 不变) 气体膨胀系数αV 3、查理定律P = P 0( 1 + αP t ) (V 不变) 气体压强系数 αP①该三条定律近似地适用于所有气体,只要温度不太低,则气体愈稀薄(低压气体),以上三式就能愈准确地描述气体状态的变化;②在气体无限稀薄的极限下,所有气体的αV 、αP 趋于共同的极限α ,其数值约为1/273。
αV =αP = 1/T 0=1/273 理想气体物态方程 1、同一成份(A )同一状态之间关系(门捷列夫-克拉珀龙方程)PV = ν RT =(M/M mol )RT γ为混合气体的总摩尔数γ1+γ2 (B )同一系统不同平衡态之间关系: P 1V 1 / T 1 = P 2V 2 / T 2 2、道尔顿分压定律混合气体总压强等于各种组分的分压强之和。
P = P 1+P 2+……+P n3、几种成份:P = P 1 + P 2 + ...... + P n = ( ν1 + ν2 + ......+ νn )RT/ VR = 8.31 J mol -1 K -1称为普适气体常量。
阿伏伽德罗常数:N A = 6.02× 10 23 mol -1理想气体的微观模型无外场时,分子在各处出现的概率相同 N 个分子给予器壁的压强n :分子数密度分子热运动平均平动动能 压强公式:trX XK X T 16.273)(=0()PV T P Rγ=()273.16limtr P trP T P K P →=⋅单位时间内碰在单位面积器壁上平均分子数理想气体物态方程的另一种形式k = R/N A = 1.38×10-23 J K -1温度的微观意义 温度是平衡态系统的微观粒子热运动程度强弱的量度。
热学热容与热传导热学热容是研究物体在温度变化时吸收或释放的热量的科学。
热传导则是指物质内部由高温区域向低温区域传递热能的过程。
1. 热学热容的概念热学热容是热力学的一个重要概念,用于描述物质在温度变化时吸收或释放的热量。
物体的热容量可以通过比热容来表示,比热容是指单位质量物质在温度变化1°C时所吸收或释放的热量。
不同物质的比热容是不同的,这是由于物质的性质决定的。
2. 热容的影响因素热容的大小受到多种因素的影响,其中最主要的是物质的种类和质量。
同样质量的不同物质,由于不同的化学成分和组织结构,其比热容也会有所差异。
此外,外部因素如压力和温度等也会影响物质的热容。
在一定范围内,物质的热容随温度的变化而变化。
3. 热传导的概念热传导是指物质内部由高温区域向低温区域传递热能的过程。
这是由于温度差引起的热量传递,遵循热力学第二定律。
热传导可以通过导热系数来衡量,导热系数是介质导热性能的一个重要指标。
不同物质的导热系数也会有所不同。
4. 热传导的影响因素热传导的速率受到多个因素的影响,其中最重要的是物质的导热性能和温度梯度。
温度梯度越大,热传导速率越快。
此外,物质的导热性能也会影响热传导速率。
传导介质的密度、热容以及物质的热传导方式(如固体的晶格振动和气体、液体的分子碰撞)也会对热传导产生影响。
5. 热学热容与热传导的联系热学热容和热传导是热学中两个紧密相关的概念。
热容用于描述物质在温度变化时吸收或释放的热量,而热传导则是热能在物质内部的传递过程。
物质的热容决定了其温度变化的速率,而物质的导热性能决定了热能在物质内部的传递速率。
因此,热学热容和热传导密切相关,相互影响。
总结:热学热容是研究物质在温度变化时吸收或释放的热量的科学。
热传导是指物质内部由高温区域向低温区域传递热能的过程。
热容和热传导是热学中重要的概念,它们不仅相互影响,而且与物质的性质、温度梯度等因素有密切关系。
研究和理解热学热容与热传导的规律,对于工程领域的热能利用和传热设备的设计具有重要意义。
热学和热力学
热学和热力学是物理学中重要的分支,研究的是热能及其转换和传递的过程,以及热能对其应用场合的影响。
热学主要研究热力与物质之间的关系、热力学系统的热性能,以及热力学中的四定律,有助于对各种物质的物理性质更好的理解和分析,是实现物理量和物质间的相互联系的重要基础。
热学是从各种物质吸收和释放热能,以及热能在物质间传递过程中所发挥作用的科学,包括热容量和热导率等,是物质性质的重要组成部分,也是解释物理现象的基础。
热力学是专门研究热能之间的转换和传递的科学,探讨的是物质怎样由一种形态变成另一种形态,以及这种转换的能量消耗,其目的是研究变化本质并使其可以用来计算变化的实际热量。
热力学涉及的主要内容包括:热力学原理、热力学状态函数、热力学系统、热力学过程以及热力学热量分析。
这些知识有助于理解工程实践中物质传热和温度变化的规律性,也有助于把握实际应用中的热过程,为解决工程问题提供了技术手段。
热学和热力学是能源利用、环境控制等领域中重要的理论和实践基础,对可再生能源的利用、建筑能效优化、汽车发动机的设计和优化、冷冻工艺的制冷效率提升等领域的研究都做出了大量贡献。
特别是在能源安全问题、环境保护问题层出不穷的今天,运用热学和热力学的研究成果开展热能利用技术的研究,推动能源利用效率的提升,可以为解决这些问题提供有力的支持与帮助。
热学和热力学既是一门研究物质温度变化特性的学科,也是研究热过程的重要理论基础,既可以解释物理现象,又可以帮助实现实际的应用。
通过这些研究,不仅可以更好地理解物质的物理性质,把握物质变化的规律,还可以更加高效地利用热能,减少能源浪费,为实现绿色环保社会做出应有的贡献。
热学三大公式
热学是物理学中的一个重要分支,涉及到热量、热力学能量、热传递等方面的知识。
在热学中,有三个非常重要的公式,分别是:
1. 热力学第一定律公式:Q = U + W
这个公式表示热量 Q 等于内能 U 加上摩擦功 W。
它表明了热量和内能之间的关系,说明了热传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
2. 热力学第二定律公式:N = Q - W
这个公式表示净热量 N 等于热量传递 W 减去摩擦功 N。
它表明了热量传递的方向和热量传递的多少取决于内能差异的大小,而与摩擦功无关。
这个公式在解释热传递的规律和计算热量传递的效率时非常有用。
3. 热力学第三定律公式:热量不可能自发地从低温物体传到高
温物体
这个公式表示热量传递是一种自发的过程,也就是说,热量传递是从高温物体向低温物体传递的。
这个公式表明了热传递是一种不可避免的自然现象,同时也说明了热量传递的根本原因是物体之间的内能差异。
这个公式在解释热传递现象和计算热传递的热量时非常有用。
这三个公式是热学中最基本的公式,对于理解热学概念和应用具有非常重要的意义。
此外,热学还有很多其他的公式和规律,例如热力学第二定律的另一种表述方式——熵增定律,以及热力学第三定律的应用,等等,这些都需要深入学习才能掌握。
热 学热学知识在奥赛中的要求不以深度见长,但知识点却非常地多(考纲中罗列的知识点几乎和整个力学——前五部分——的知识点数目相等)。
而且,由于高考要求对热学的要求逐年降低(本届尤其低得“离谱”,连理想气体状态方程都没有了),这就客观上给奥赛培训增加了负担。
因此,本部分只能采新授课的培训模式,将知识点和例题讲解及时地结合,争取让学员学一点,就领会一点、巩固一点,然后再层叠式地往前推进。
三、理想气体1、气体实验三定律在压强不太大,温度不太低的条件下,气体的状态变化遵从以下三个实验定律 a 、玻意耳-马略特定律:一定质量气体温度不变时,P 1V 1 = P 2V 2或PV = 恒量 b 、查理定律:一定质量气体体积不变时,11T P = 22T P 或T P= 恒量c 、盖·吕萨克定律:一定质量气体压强不变时,11T V = 22T V 或T V= 恒量【例题4】如图6-6所示,一端封闭、内径均匀的玻璃管长L = 100cm ,其中有一段长L ′= 15cm 的水银柱把一部分空气封闭在管中。
当管水平放置时,封闭气柱A 长L A = 40cm 。
现把管缓慢旋转至竖直后,在把开口端向下插入水银槽中,直至A 端气柱长"A L = 37.5cm 为止,这时系统处于静止平衡。
已知大气压强P 0 = 75cmHg ,过程温度不变,试求槽内水银进入管内的水银柱的长度h 。
【解说】在全过程中,只有A 部分的气体质量是不变的,B 部分气体则只在管子竖直后质量才不变。
所以有必要分过程解本题。
过程一:玻管旋转至竖直 A 部分气体,L A ′='AAP P L A = 157575-×40 = 50cm 此时B 端气柱长L B ′= L − L A ′− L ′= 100 − 50 − 15 = 35cm过程二:玻管出入水银槽A 部分气体(可针对全程,也可针对过程二),"AP = "'AAL L 'A P = 5.3750×60 = 80cmHgB 部分气体,"BL = "'BB P P 'B L = L A 0P P P '+"'B L =158075+×35 ≈ 27.6cm 最后,h = L - "A L − L ′− "B L 【答案】19.9cm 。
2、理想气体宏观定义:严格遵守气体实验定律的气体。
微观特征:a 、分子本身的大小比起它们的间距可以忽略,分子不计重力势能;b 、除了短暂的碰撞过程外,分子间的相互作用可以忽略——意味着不计分子势能;c 、分子间的碰撞完全是弹性的。
*理想气体是一种理想模型,是实际气体在某些条件约束下的近似,如果这些条件不满足,我们称之为实际气体,如果条件满足不是很好,我们还可以用其它的模型去归纳,如范德瓦尔斯气体、昂尼斯气体等。
理想气体压强的微观解释:P = 32n K ε,其中n 为分子数密度(n = VN )。
3、理想气体状态方程:一定质量的理想气体,111T V P = 222T VP 或T PV = 恒量理想气体状态方程可以由三个试验定律推出,也可以由理想气体的压强微观解释和温度微观解释推导得出。
【例题5】如图6-7所示,在标准大气压下,一端封闭的玻璃管长96cm ,内有一段长20cm 的水银柱,当温度为27℃且管口向上竖直放置时,被封闭的气柱长为60cm 。
试问:当温度至少升高到多少度,水银柱才会从玻璃管中全部溢出?【解说】首先应该明确的是,这是一个只有唯一解的问题还是一个存在范围讨论的问题。
如果是前一种可能,似乎应该这样解:111T L P = 222T L P ,即 300602076⨯+)( = 2T 9676⨯,得:T 2 = 380K但是,仔细研究一下升温气体膨胀的全过程,就会发现,在某些区域,准静态过程是不可能达成的,因此状态方程的应用失去意义。
为了研究准静态过程是否可能达成,我们可以假定水银柱是受到某种制约而准静态膨胀的,这样,气柱的压强只受玻马定律制约(而与外界大气压、水银柱长没有关系),设为P 。
而对于一般的末状态,水银柱在管中剩下的长度设为x 。
从初态到这个一般的末态111T L P = T PL ,即 300602076⨯+)( = T )x 96(P -,得 P = x 96T 2.19-隔离水银柱下面的液面分析,可知 P ≤ 76 + x 时准静态过程能够达成(P 可以随升温而增大,直至不等式取等号),而P > 76 + x 时准静态过程无法达成(T 升高时,P 增大而x 减小),水银自动溢出。
所以,自动溢出的条件是:T > 2.191(-x 2+ 20x + 7296) 考查函数 y =2.191(-x 2+ 20x + 7296)发现,当x = 10cm 时,y max = 385.2K而前面求出的x = 0时,T 只有380K ,说明后阶段无须升......温,即是自动溢出过程..........(参照图6-8理解)。
而T > y max 即是题意所求。
【答案】385.2K 。
a 、推论1:111T P ρ = 222T Pρ,此结论成功地突破了“质量一定”的条件约束,对解某些特殊问题非常有效。
b 、克拉珀龙方程:原方程中,将“恒量”定量表达出来就成为PV = νRT ,其中ν为气体的摩尔数,这个结论被成为克拉珀龙方程。
它的优点是能使本来针对过程适用的方程可以应用到某个单一的状态。
c 、推论2:气体混合(或分开)时,111T V P + 222T VP + … + n nn T V P ⇔TPV,这个推论很容易由克拉珀龙方程导出。
【例题6】图6-9是一种测量低温用的气体温度计,它的下端是测温泡A ,上端是压力计B ,两者通过绝热毛细管相连,毛细管容积不计。
操作时先把测温计在室温T 0下充气至大气压P 0 ,然后加以密封,再将A 浸入待测液体中,当A 和待测液体达到热平衡后,B 的读数为P ,已知A 和B 的容积分别为V A 和V B ,试求待测液体的温度。
【解说】本题是“推论2”的直接应用0B A 0T )V V (P + = A A T PV + 0B T PV【答案】T A =BB A 00A PV )V V (P T PV -+【例题7】图6-10所示是一定质量理想气体状态变化所经历的P-T 图线,该图线是以C 点为圆心的圆。
P 轴则C 点的纵坐标P C 为单位(T 轴以T C 为单位)。
若已知在此过程中气体所经历的最低温度为T 0 ,则在此过程中,气体密度的最大值ρ1和最小值ρ2之比ρ1/ρ2应等于多少?【解说】本题物理知识甚简,应用“推论1”即可。
111T P ρ = 222T P ρ ⇒ 21ρρ = 1221T P T P = 2211T /P T/P 此式表明,T P 越大时,ρ就越大。
故本题归结为求TP的极大值和极小值。
方法一:P 与T 的关系服从圆的方程(参数方程为佳) T = T c + rcos θ P = P C + rsin θ 引入 y =T P = θ+θ+cos r T sin r P C C ,然后求这个函数的极值… 方法二:见图6-11,从T P 的几何意义可知,TP等于状态点到原点的连线与T 轴夹角的正切值,求TP的极大和极小归结为求这个正切值的极大和极小——很显然,当直线与圆周的两处相切时,出现了这样的极大和极小值。
θmax= α + β ,θmin=α − β而 tg α=CCT P sin β= 2C2CPT r + ⇒ tg β=C 0C T T 2T T -(注意:依题意,r = T C − T 0 ) 所以 tg θmax=βα-β+αtg tg 1tg tg = )T T (P T T 2T )T T (T T T 2P 0C C 0C C 0C C 0C C ---+tg θmin=βα+β-αtg tg 1tg tg = )T T (P T T 2T )T T (T T T 2P 0C C 0C C 0C C 0C C -+--【答案】〔)T T (P T T 2T )T T (T T T 2P 0C C 0C C 0C C 0C C ---+〕/〔)T T (P T T 2T )T T (T T T 2P 0C C 0C C 0C C 0C C -+--〕。
d 、道尔顿分压定律:当有n 种混合气体混合在一个容器中时,它们产生的压强等于每一种气体单独充在这个容器中时所产生的压强之和。
即 P = P 1 + P 2 + P 3 + … + P n 4、理想气体的内能、做功与吸放热计算a 、理想气体的内能计算由于不计分子势能,故 E = N ·K ε = N 2ikT = N2i A N R T = ν2iRT ,其中N 为分子总数,ν为气体的摩尔数。
由于(对一定量的气体)内能是温度的单值函数,故内能的变化与过程完全没有关系。
b 、理想气体的做功计算气体在状态变化时,其压强完全可以是变化的,所以气体压力的功从定义角度寻求比较困难。
但我们可以从等压过程的功外推到变压过程的功(☆无限分割→代数累计…),并最终得出这样一个非常实用的结论:准静态过程理想气体的功W 总是对应P-V 图象中的“面积”。
这个面积的理解分三层意思——①如果体积是缩小的,外界对气体做功,面积计为正;②如果体积是增大的,气体对外界做功,面积计为负;③如果体积参量变化不是单调的(例如循环过程),则面积应计相应的差值。
如图6-3所示。
(☆学员思考:气体膨胀是不是一定对外做功?…) c 、吸放热的计算初中所学的通式Q = cm ΔT 仍适用,但值得注意的是,对固体和液体而言,比热容c 基本恒定(和材料相关),但对气体而言,c 会随着过程的不同而不同。
对理想气体,我们一般引进“摩尔热容”C (从克拉珀龙方程知,我们关心气体的摩尔数更甚于关心气体的质量),物理意义:1摩尔物质温度每升高1K 所吸收的热量。
摩尔热容和比热容的关系C =νcm。
①等容过程的摩尔热容称为“定容摩尔热容”,用C V 表示,所以 Q = νC V ΔT ②等压过程的摩尔热容称为“定压摩尔热容”,用C P 表示,所以 Q = νC P ΔT 对于其它的复杂过程而言,摩尔热容的表达比较困难,因此,用直接的途径求热量不可取,这时,我们改用间接途径:即求得ΔE 和W 后,再用热力学第一定律求Q 。
(☆从这个途径不难推导出:① C V = 2iR ,C P = 2i R + R ,即C P = C V + R … ;② E = νC V T )【例题8】0.1mol 的单原子分子理想气体,经历如图6-13所示的A →B →C →A 循环,已知的状态途中已经标示。