《熱力學(xué)復(fù)習(xí)秋》課件

熱力學(xué)復(fù)習(xí)秋課程簡(jiǎn)介1內(nèi)容概述本課程涵蓋熱力學(xué)基本概念、定律和應(yīng)用，旨在幫助學(xué)生深入理解熱力學(xué)原理，并能將其應(yīng)用于實(shí)際問題。2學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生將能夠掌握熱力學(xué)基本概念、定律，并能夠運(yùn)用熱力學(xué)原理解決實(shí)際問題。3教學(xué)方法通過課堂講授、課后練習(xí)、實(shí)驗(yàn)演示等方式，幫助學(xué)生掌握熱力學(xué)知識(shí)。熱力學(xué)第一定律能量守恒熱力學(xué)第一定律闡述了能量守恒原理，即能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。熱量傳遞熱量是能量傳遞的一種形式，當(dāng)物體之間存在溫度差時(shí)，熱量會(huì)從高溫物體傳遞到低溫物體。功的轉(zhuǎn)換功是能量傳遞的另一種形式，它可以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，反之亦然。熱能轉(zhuǎn)換效率熱容及比熱容熱容一個(gè)物體溫度升高1攝氏度所需的熱量稱為熱容。比熱容單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1攝氏度所需的熱量稱為比熱容。熱膨脹系數(shù)線性膨脹系數(shù)描述固體在溫度變化1攝氏度時(shí)長度變化的比例。體積膨脹系數(shù)描述液體或固體在溫度變化1攝氏度時(shí)體積變化的比例。影響因素物質(zhì)種類、溫度變化、壓力變化等因素都會(huì)影響熱膨脹系數(shù)。等溫過程溫度不變等溫過程是指系統(tǒng)在溫度保持不變的情況下發(fā)生的熱力學(xué)過程。熱量交換系統(tǒng)與外界可以交換熱量，但溫度始終保持不變。熱力學(xué)第一定律在等溫過程中，系統(tǒng)吸收的熱量全部用于做功。等壓過程1恒定壓強(qiáng)在等壓過程中，系統(tǒng)的壓強(qiáng)保持不變。2熱量傳遞系統(tǒng)可以與環(huán)境之間進(jìn)行熱量交換。3體積變化系統(tǒng)的體積會(huì)隨著熱量的傳遞而發(fā)生變化。等容過程1體積不變系統(tǒng)體積保持不變2熱量變化系統(tǒng)吸收或釋放熱量3內(nèi)能變化系統(tǒng)內(nèi)能發(fā)生改變絕熱過程1熱量交換與外界沒有熱量交換2系統(tǒng)變化系統(tǒng)內(nèi)能變化3絕熱方程PVγ=常數(shù)熱力學(xué)第二定律能量轉(zhuǎn)換方向性時(shí)間流逝卡諾循環(huán)1等溫膨脹系統(tǒng)從高溫?zé)嵩次鼰?，等溫膨脹做功?絕熱膨脹系統(tǒng)不做功，絕熱膨脹，溫度下降。3等溫壓縮系統(tǒng)向低溫?zé)嵩捶艧?，等溫壓縮，做功。4絕熱壓縮系統(tǒng)不做功，絕熱壓縮，溫度升高。熱機(jī)效率0.5最大效率卡諾循環(huán)0.3實(shí)際效率實(shí)際熱機(jī)熵的概念無序度熵是一個(gè)衡量系統(tǒng)無序度的物理量。越無序的系統(tǒng)，熵值越高。熱力學(xué)第二定律熱力學(xué)第二定律指出，一個(gè)孤立系統(tǒng)的熵總是隨時(shí)間增加或保持不變，永遠(yuǎn)不會(huì)減少。不可逆過程熵增加意味著系統(tǒng)朝著更加無序的狀態(tài)發(fā)展，這個(gè)過程是不可逆的。熵變的計(jì)算熵變公式ΔS=Q/T適用范圍可逆過程Q熱量變化T熱力學(xué)溫度熵變與自發(fā)過程自發(fā)過程熵變總是正值自發(fā)過程朝熵增的方向進(jìn)行自發(fā)過程有利于能量的降低無序度和有序度有序度有序度是指系統(tǒng)內(nèi)部各部分排列的整齊程度，表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和規(guī)律性。無序度無序度是指系統(tǒng)內(nèi)部各部分排列的混亂程度，表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性和不確定性。熱力學(xué)第三定律絕對(duì)零度熱力學(xué)第三定律指出，當(dāng)溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，系統(tǒng)的熵值趨近于一個(gè)常數(shù)。不可達(dá)性絕對(duì)零度是無法通過有限步驟達(dá)到的，這意味著我們永遠(yuǎn)無法將一個(gè)系統(tǒng)冷卻到絕對(duì)零度。低溫物理低溫物理學(xué)是研究物質(zhì)在極低溫度下的性質(zhì)和行為的學(xué)科。低溫物理學(xué)的研究范圍包括超導(dǎo)、超流、量子霍爾效應(yīng)等重要的物理現(xiàn)象，以及在低溫下工作的各種技術(shù)，例如核磁共振成像（MRI）、超導(dǎo)磁體等。低溫物理學(xué)在材料科學(xué)、能源技術(shù)、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，超導(dǎo)材料可以用于制造高效率的電機(jī)、磁懸浮列車等；超流氦可以用于制造精密測(cè)量?jī)x器、高靈敏度傳感器等。熱電效應(yīng)1塞貝克效應(yīng)兩種不同金屬或半導(dǎo)體材料形成的回路，當(dāng)兩接點(diǎn)溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生電流。2珀耳帖效應(yīng)當(dāng)電流流過兩種不同金屬或半導(dǎo)體材料形成的回路時(shí)，兩個(gè)接點(diǎn)之間會(huì)產(chǎn)生溫差。3湯姆遜效應(yīng)當(dāng)電流流過一根溫度不均勻的金屬或半導(dǎo)體材料時(shí)，該材料會(huì)吸收或釋放熱量。功率循環(huán)輸入能量功率循環(huán)從熱源吸收能量，為系統(tǒng)提供動(dòng)力。能量轉(zhuǎn)化循環(huán)利用能量進(jìn)行轉(zhuǎn)化，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。輸出功率最終將轉(zhuǎn)化后的能量輸出，用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備。制冷循環(huán)1吸熱從低溫物體吸收熱量2壓縮壓縮制冷劑，提高其溫度和壓力3放熱向高溫環(huán)境釋放熱量4膨脹制冷劑膨脹，降低其溫度和壓力熱機(jī)型功率循環(huán)1能量轉(zhuǎn)換熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)機(jī)器工作。2循環(huán)過程工作物質(zhì)經(jīng)歷一系列熱力學(xué)過程，最終回到初始狀態(tài)。3效率指標(biāo)通過循環(huán)效率衡量熱能轉(zhuǎn)化效率。制冷型功率循環(huán)制冷劑循環(huán)制冷劑吸收熱量，降低溫度，從而達(dá)到制冷效果。壓縮機(jī)壓縮機(jī)對(duì)制冷劑進(jìn)行壓縮，提高其壓力和溫度。冷凝器冷凝器將壓縮后的制冷劑熱量釋放到環(huán)境中。節(jié)流閥節(jié)流閥降低制冷劑的壓力，使其溫度降低。氣體動(dòng)力學(xué)分子運(yùn)動(dòng)氣體分子處于不停的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)速度很快，碰撞頻繁。氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)是由氣體分子對(duì)容器壁的碰撞產(chǎn)生的。擴(kuò)散不同氣體混合在一起，由于分子運(yùn)動(dòng)，會(huì)相互滲透。氣體分子運(yùn)動(dòng)論基本假設(shè)氣體分子處于永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)中，并且相互之間以及與容器壁發(fā)生彈性碰撞。平均動(dòng)能氣體分子的平均動(dòng)能與氣體的絕對(duì)溫度成正比，這意味著溫度越高，分子運(yùn)動(dòng)越劇烈。壓強(qiáng)氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)是由氣體分子撞擊容器壁產(chǎn)生的，壓強(qiáng)大小與分子平均動(dòng)能和濃度有關(guān)。各類氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)理想氣體分子之間無相互作用力，運(yùn)動(dòng)不受限制，遵循理想氣體定律。真實(shí)氣體分子之間存在相互作用力，運(yùn)動(dòng)受限制，在高溫高壓下接近理想氣體。極性氣體分子具有永久偶極矩，相互作用力更強(qiáng)，影響氣體性質(zhì)。分子動(dòng)能分布定律定律描述麥克斯韋-玻爾茲曼分布在一定溫度下，氣體分子動(dòng)能的分布規(guī)律高能分子數(shù)量較少，但具有更高的反應(yīng)活性低能分子數(shù)量較多，但反應(yīng)活性較低溶液的滲透壓定義溶液的滲透壓是指阻止溶劑通過半透膜流入溶液所需的壓力。影響因素溶液濃度溶質(zhì)性質(zhì)溫度界面現(xiàn)象界面現(xiàn)象是物質(zhì)不同相之間界面處出現(xiàn)的物理現(xiàn)象。它主要包括表面張力、表面能、接觸角和吸附等。這些現(xiàn)象與界面上的分子間作用力有關(guān)，在日常生活中隨處可見，例如，水滴在荷葉上形成球形，肥皂泡的形成，以及毛細(xì)現(xiàn)象等。本課程的核心要點(diǎn)熱力學(xué)基本定律熱力學(xué)第一