大學(xué)物理熱力學(xué)基本概念公開課一等獎省優(yōu)質(zhì)課大賽獲獎?wù)n件

熱力學(xué)第一定律和第二定律當一個科學(xué)家發(fā)覺，自然界結(jié)構(gòu)有這么多不可思議奧妙，他會有一個觸及靈魂震動。而這個時候感覺，我想是和最真誠宗教信仰很靠近。

－－－楊振寧結(jié)構(gòu)框圖熱力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)能改變兩種量度功熱量熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第二定律等值過程絕熱過程循環(huán)過程卡諾循環(huán)應(yīng)用（理想氣體）（對熱機效率研究）重點：內(nèi)能、功、熱量、摩爾熱容，泊松比熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律應(yīng)用于理想氣體等體、等壓、等溫過程，絕熱過程，和各種循環(huán)過程?？ㄖZ循環(huán)熱機效率和制冷系數(shù)熱力學(xué)第二定律難點：熱力學(xué)概率，熱力學(xué)第二定律統(tǒng)計意義1)微觀理論－《統(tǒng)計物理》物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)粒子熱運動統(tǒng)計方法平均效果確定宏觀量與微觀量聯(lián)絡(luò)，描述熱現(xiàn)象規(guī)律和本質(zhì)由基本假設(shè)結(jié)構(gòu)性理論熱學(xué)發(fā)展歷史兩大特征：技術(shù)——物理——技術(shù)模式兩種研究方法——兩種理論序言2)宏觀理論－《熱力學(xué)》歸納觀察試驗熱現(xiàn)象基本定律，宏觀過程進行方向和程度，不包括微觀本質(zhì)永動機是不可能成功自然遵照什么法則由現(xiàn)象出發(fā)原理性理論3)相互關(guān)系：相互補充，相輔相成統(tǒng)計物理－熱力學(xué)－宏觀理論，基本結(jié)論來自試驗事實，普遍可靠，但不能解釋其本質(zhì)微觀理論，揭示熱現(xiàn)象本質(zhì)驗證解釋熱力學(xué)第一定律創(chuàng)始人熱力學(xué)第二定律創(chuàng)始人§20.1熱力學(xué)基本概念一、熱力學(xué)系統(tǒng)外界大量粒子組成宏觀、有限體系稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。與其比鄰環(huán)境稱為外界與外界有E交換，無m交換開放系統(tǒng)：封閉系統(tǒng)：孤立系統(tǒng)：與外界有m、E

交換與外界無E、m

交換絕熱例開放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)孤立系統(tǒng)1.描述系統(tǒng)宏觀性質(zhì)物理量，如：p、T、V、E...稱為系統(tǒng)狀態(tài)參量。廣延量強度量無可加性，如p、T狀態(tài)參量有確定值狀態(tài)——平衡態(tài)二、狀態(tài)參量、熱力學(xué)過程熱力學(xué)研究熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)及狀態(tài)改變2、系統(tǒng)狀態(tài)改變——熱力學(xué)過程例：氣體自由膨脹非靜態(tài)過程：中間狀態(tài)不是平衡態(tài)氣體等溫膨脹準靜態(tài)過程：過程進行得足夠遲緩中間狀態(tài)~平衡態(tài)（平衡過程）3.相平面相圖以狀態(tài)參量為坐標變量——相平面、相空間相圖中點——對應(yīng)平衡態(tài)相圖中線——對應(yīng)平衡過程例：等溫、等壓、等體過程相圖V三、系統(tǒng)內(nèi)能熱力學(xué)主要研究系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換規(guī)律1.系統(tǒng)內(nèi)能E指全部分子熱運動能量和分子間相互作用勢能例：實際氣體理想氣體(剛性分子)2.內(nèi)能E是狀態(tài)函數(shù)內(nèi)能改變ΔE只與初末狀態(tài)相關(guān)，與所經(jīng)過過程無關(guān)，能夠在初、末態(tài)間任選最簡便過程進行計算。四、功和熱量注意：非靜態(tài)過程不適用1.準靜態(tài)過程體積功3.內(nèi)能改變方式做功熱傳遞示功圖：

p-V圖上過程曲線下面積系統(tǒng)對外界做功外界對系統(tǒng)做功循環(huán)過程功思索：注意：功是過程量過程不一樣，曲線下面積不一樣（可正、可負、可零）2.熱量中學(xué)：比熱熱容：摩爾熱容：等體摩爾熱容：等壓摩爾熱容：注意：熱量是過程量定義：3.A與Q比較E改變方式特點能量轉(zhuǎn)換量度做功熱傳遞與宏觀位移相聯(lián)絡(luò)經(jīng)過非保守力做功實現(xiàn)機械運動熱運動A與溫差相聯(lián)絡(luò)，經(jīng)過分子碰撞實現(xiàn)熱運動熱運動Q在系統(tǒng)狀態(tài)改變過程中，A、Q、△E

間數(shù)量關(guān)系包含熱運動和機械運動范圍能量守恒定律熱力學(xué)第一定律§20.2熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用一.熱力學(xué)第一定律1.數(shù)學(xué)形式：系統(tǒng)從外界吸熱=內(nèi)能增量+系統(tǒng)對外界做功準靜態(tài)：dQ=dE+pdV理想氣體：微小過程：dQ=dE+dA增量微小量微小量2.物理意義：包括熱運動和機械運動能量轉(zhuǎn)換及守恒定律。3.其它表述：第一類永動機是不可能制成。第一類永動機：系統(tǒng)不停經(jīng)歷狀態(tài)改變后回到初態(tài)（不消耗內(nèi)能），不從外界吸熱，只對外做功蓄水槽發(fā)電機泵電池蓄水槽重力型浮力型毛細型子母型……違反熱力學(xué)第一定律，所以不可能成功。即：二.對理想氣體應(yīng)用等值過程等體過程

等壓過程等溫過程絕熱過程1）過程方程查理定律1.等體過程（dV=0V=c)2）熱力學(xué)第一定律詳細形式3）等體摩爾熱容單原子分子氣體雙原子分子（剛性）由得吸熱全部用于增加內(nèi)能：注意：2.等壓過程（dp=0p=c)2)熱力學(xué)第一定律詳細形式1)過程方程蓋.呂薩克定律3)等壓摩爾熱容邁耶公式泊松比單原子分子氣體雙原子剛性分子討論：理論值與試驗值差異（P648）注意：試驗結(jié)果：CV隨溫度改變顯示經(jīng)典理論缺點，是造成近代物理革命原因之一。理論值與試驗值差異原因：經(jīng)典理論認為能量連續(xù)分布，實際上只有近似連續(xù)，均是量子化。隨T升高，轉(zhuǎn)動、振動能量相繼解凍（被激發(fā)），曲線出現(xiàn)三個臺階。3.等溫過程（dT=0T=c)1）過程方程玻意耳—馬略特定律2）熱力學(xué)第一定律詳細形式吸熱全部用于對外做功3）摩爾熱容4.絕熱過程特點：dQ=0絕熱材料快速進行（如氣體自由膨脹）1）過程方程熱力學(xué)第一定律條件:準靜態(tài)：理想氣體：消去dT絕熱方程2）絕熱線絕熱線：比等溫線陡等溫線：pV=恒量雙曲線過pV圖中某點（A)微觀解釋：等溫絕熱3)熱力學(xué)第一定律詳細形式4)摩爾熱容*5.多方過程(普通情況)pVo特例：小結(jié)：1.P651表理想氣體經(jīng)典過程比較小結(jié)：2.A：準靜態(tài)過程非靜態(tài)過程Q：等體絕熱Q=0等溫（準靜態(tài)）等壓練習(xí)1.

理想氣體絕熱自由膨脹，去掉隔板實現(xiàn)平衡后壓強p=?由絕熱方程解1：解2：哪一個解對？為何？絕熱方程對非靜態(tài)過程不適用解：由氣體狀態(tài)方程可得答案：（D）一定量理想氣體，在p—T圖上沿著一條直線從平衡態(tài)a改變到b則這是一個：（）(A)絕熱膨脹（B）等容吸熱(C)吸熱壓縮（D）吸熱膨脹練習(xí)2a