[PPT]注冊工程師執(zhí)業(yè)資格考試普通物理之熱學(xué)

1、-考前輔導(dǎo)考試大綱熱學(xué)氣體動理論熱力學(xué)波動學(xué)光學(xué)（波動光學(xué)）注冊工程師執(zhí)業(yè)資格考試普通物理1第一部分 氣體動理論引論1.揭示熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)2.了解分子運(yùn)動的微觀規(guī)律1.大量分子頻繁碰撞,分子的速率和運(yùn)動方向不斷改變研究分子運(yùn)動的目的：對分子運(yùn)動的認(rèn)識（微觀圖景）2.分子不停地作無規(guī)則運(yùn)動即每一瞬間，分子的運(yùn)動方向和速度大小都是隨機(jī)的，可以取任何值。3.大量分子運(yùn)動有統(tǒng)計(jì)規(guī)律2一、理想氣體1狀態(tài)參量質(zhì)量 M kg 摩爾質(zhì)量=分子量壓強(qiáng) P Pa-帕斯卡 體積 V 溫度 T或32、一定量理想氣體狀態(tài)方程表達(dá)式1：普適氣體常量表達(dá)式2：表達(dá)式3： 分子數(shù)密度玻茲曼常數(shù)4二、宏觀量的微觀本質(zhì)1、壓強(qiáng)

2、分子數(shù)密度分子平均平動動能宏觀量微觀量2、溫度T宏觀量微觀量溫度唯一地與分子平均平動動能相聯(lián)系53、 能量均分定理 理想氣體的內(nèi)能如果氣體分子有i個自由度，則分子的平均動能為理想氣體的內(nèi)能=所有分子的熱運(yùn)動動能之總和自由度 i 確定分子位置所需的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。剛性氣體分子單原子分子雙原子分子多原子分子6答：B例1某容器內(nèi)貯有1mol氫和氦，設(shè)各自對器壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)分別為 和 ，則兩者的關(guān)系是提示：都是1mol都在同一容器內(nèi)7例2兩種理想氣體的溫度相等，則它們的分子的平均動能相等。分子的平均轉(zhuǎn)動動能相等。分子的平均平動動能相等。內(nèi)能相等以上論斷中，正確的是A. B. C. D. 答：D平均動能=平均

3、平動動能 + 平均轉(zhuǎn)動動能8例3答：A 壓強(qiáng)為、體積為的氦氣（視為剛性分子理想氣體）的內(nèi)能為：（） （）3 （） （）91、分子的速率分布律平衡態(tài)下的氣體系統(tǒng)中，分子速率為隨機(jī)變量?？梢匀∪魏慰梢匀〉闹?。三、分子運(yùn)動的微觀統(tǒng)計(jì)規(guī)律但分子的速率分布，卻是有規(guī)律的。表示在一定的溫度下，速率在100m/s200m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比多次統(tǒng)計(jì)，此百分比不變概率密度百分率=概率12 速率100m/s10（1）任一小段曲線下面積（2）曲線下總面積1分子出現(xiàn)在 區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)與總分子數(shù)的百分比分子速率分布函數(shù)112.三種速率統(tǒng)計(jì)值(1)最可幾速率（最概然速率）在一定溫度下，氣體分子最可能具有

4、的速率值。分子分布在 附近的概率最大。(3)不必記12(2)平均速率 :大量分子速率的算術(shù)平均值(3)方均根速率都與 成正比，與 成反比133.分布曲線與溫度的關(guān)系溫度越高，分布曲線中的最概然速率 增大，但歸一化條件要求曲線下總面積不變，因此分布曲線寬度增大，高度降低。T2T114答：（E）f(v)v02000例4(A)2000m/s(B)1500m/s(C)1000m/s(D)800m/s(E)500m/s氫氣和氧氣在同一溫度下的麥克司韋曲線如圖，氧氣分子的最可幾（最概然）速率為15氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程氣體分子在連續(xù)兩次碰撞之間自由通過的路程。在單位時間內(nèi)分子與其他分子碰撞的平均

5、次數(shù)。分子自由程( ):碰撞頻率( ):平均自由程與分子的有效直徑的平方和分子數(shù)密度成反比當(dāng)溫度恒定時,平均自由程與氣體壓強(qiáng)成反比16從能量觀點(diǎn)研究 機(jī)械運(yùn)動與熱運(yùn)動的相互轉(zhuǎn)化問題一、基本概念1、熱力學(xué)系統(tǒng)：固、液、氣態(tài)物質(zhì)外界：作用于熱力學(xué)系統(tǒng)的環(huán)境2、準(zhǔn)靜態(tài)過程:系統(tǒng)所經(jīng)歷的中間狀態(tài)都可近似看作平衡態(tài)（過程無限緩慢）3、四種特殊過程：等溫、等壓、理想氣體重點(diǎn):熱力學(xué)第一定律等容、絕熱系統(tǒng)第二部分 熱力學(xué)174.準(zhǔn)靜態(tài)過程的 P-V圖(1)用P-V坐標(biāo)系中的曲線代表狀態(tài)變化過程-準(zhǔn)靜態(tài)過程曲線上每一點(diǎn)代表一種狀態(tài)（2）等溫過程雙曲線即PV112p.VV等溫過程.T升高，曲線向遠(yuǎn)離原點(diǎn)的方向移

6、動18（3）等壓過程（4）等容（等體）過程PVpVPV絕熱絕熱P大P?。?） 絕 熱 過 程 絕熱絕熱膨脹中P V T19特征：（1）系統(tǒng)不與外界交換熱量的過程。即不吸熱，不放熱。（2）P,V,T三量均改變絕 熱 線在A點(diǎn)絕熱線比等溫線陡!PVO絕熱與等溫線比較等溫陡!A20二、功、內(nèi)能增量、熱量當(dāng)活塞移動微小位移dx時，氣體所作的元功為：系統(tǒng)體積由V1變?yōu)閂2，所作PS總功為：（1）普遍情況1、氣體作功A21討論系統(tǒng)對外作正功；系統(tǒng)對外作負(fù)功；系統(tǒng)不作功。氣體作功通過體積變化而實(shí)現(xiàn)由定積分的幾何意義可知，功的大小等于PV 圖上過程曲線P=P(V)下的面積。外界對系統(tǒng)作功22（2）等容過程PV

7、體積不變功（3）等壓過程PVp作功（4）等溫過程121pVV23 比較 a , b下的面積可知，功的數(shù)值不僅與初態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而且還依賴于所經(jīng)歷的中間狀態(tài)，功與過程的路徑有關(guān)。（功是過程量）(5)功與所經(jīng)的過程有關(guān)242、內(nèi)能增量氣體給定，則 確定。只取決于氣體的初、終狀態(tài)，與所經(jīng)過程無關(guān)。123、熱量Q熱量的含意：高溫物體與低溫物體接觸時，它們之間傳遞的那部分內(nèi)能 熱量是過程量,與氣體所經(jīng)過程有關(guān)。25三、熱力學(xué)第一定律AAQ0 吸熱Q0 放熱系統(tǒng)從外界吸熱 Q，一部分使系統(tǒng)的內(nèi)能增加 ,另一部分使系統(tǒng)對外界作功 A.EE26熱力學(xué)第一定律在三個等值過程及絕熱過程中的應(yīng)用過程狀態(tài)變化特征能量

8、關(guān)系特征等容等壓等溫絕熱普遍公式特殊公式P,V,T均變27例1有兩個相同的容器，一個盛有氦氣，另一個(A) 9J (B)15J (C)18J (D)6J盛有氧氣（視為剛性分子）開始它們的壓強(qiáng)和溫度都相同，現(xiàn)將的熱量傳給氦氣，使之升高一定的溫度，如果使氧氣也升高同樣的溫度，則應(yīng)向氧氣傳遞熱量是“的熱量傳給氦氣”是什么過程？絕熱 等溫 等壓 等容答：B28例2在室溫條件下，壓強(qiáng)、溫度、體積都相同的氮?dú)夂秃庠诘葔哼^程中吸收了相同的熱量，則它們對外作功之比為A 5/9 B 5/7 C 1/1 D 9/5又即答：B29四、循環(huán)過程：系統(tǒng)經(jīng)歷一系列變化后又回到初始狀態(tài)的整個過程叫循環(huán)過程，簡稱循環(huán)。1、

9、循環(huán)過程的特點(diǎn)：（2）P-V圖上為一條閉合曲線（1）系統(tǒng)循環(huán)一周，內(nèi)能不變 E=0熱機(jī)-正循環(huán)-順時針致冷機(jī)-逆循環(huán)-逆時針PVabcd正PVabcd逆2熱機(jī)效率：（3） 循環(huán)曲線包圍的面積30由兩等溫過程和兩絕熱過程組成其熱機(jī)效率為4卡諾循環(huán)0T12T絕熱線VP3制冷系數(shù)：其制冷系數(shù)為31c提示：畫P-V圖0(A)ba（B）氣體對外界凈作的功為正值。（C）氣體從外界凈吸的熱量為正值（D）氣體內(nèi)能減少（A）氣體從外界凈吸的熱量為負(fù)值回到起始狀態(tài)則在此循環(huán)過程中例3一定量的理想氣體，起始溫度為，體積為后經(jīng)歷絕熱過程，體積變?yōu)樵俳?jīng)過等壓過程，溫度回升到起始溫度最后再經(jīng)過等溫過程V2V?PV32五、

10、熱力學(xué)第二定律（1）表述之一：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機(jī)，只從單一熱源吸取能量，使它完全變成有用功，而不產(chǎn)生其它影響。（開爾文表述）等溫過程可使吸的熱全部用來對外作功,但它不是循環(huán)過程.注意（2）表述之二：熱量不可能自發(fā)地由低溫物體傳到高溫物體。(克勞休斯表述)借助于致冷機(jī)當(dāng)然可以把熱量由低溫物體 傳遞到高溫物體，但要以外界作功為代價。注意問題：熱機(jī)效率 可否等于1即33熱力學(xué)第二定律的重大意義（1）熱機(jī)（2）第二類永動機(jī)不可能（3）揭示了自然界一條重要規(guī)律：即含熱現(xiàn)象的過程是不可逆的。某些過程只能沿單一方向進(jìn)行?？赡孢^程: 在系統(tǒng)狀態(tài)變化過程中,如果逆過程能重復(fù)正過程的每一狀態(tài),而不引起其他變化. 可逆過程是一種理想的極限，只能接近，絕不 能真正達(dá)到。因?yàn)?，?shí)際過程都是以有限的速 度進(jìn)行，且在其中包含摩擦，粘滯，電阻等耗 散因素，必然是不可逆的。34 經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)表明，自然界中真實(shí)存在的過程都 是按一定方向進(jìn)行的，都是不可逆的。氣體的自由膨脹是不可逆的.人的生命過程是不可逆的。自然界自發(fā)進(jìn)行的過程都是不可逆的。熵的微觀意義：系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動無序性的一種量度。熵增加原理：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生的過程總是朝著熵增加的