1、大学物理热学热学热学1什么是热学什么是热学2 2两种研究方法两种研究方法 以物质的热运动以及热运动与其它运动形态之间的转以物质的热运动以及热运动与其它运动形态之间的转化规律为研究对象的一门学科。化规律为研究对象的一门学科。热力学热力学 宏观理论宏观理论不涉及物质的微观结构。第十三章不涉及物质的微观结构。第十三章统计物理学统计物理学微观理论微观理论.第十二章第十二章12121 1 气体物态参量气体物态参量 平衡态平衡态 理想气体物态方程理想气体物态方程一、气体物态参量一、气体物态参量第十三章第十三章 热力学基础热力学基础p、V、TTVp,1.气体压强气体压强P：力学力学描述描述.3333dm10
2、L10m1 2.体积体积V：几何几何描述描述.Pa10013.1atm153.温度温度T：热学热学描述描述tT15.273单位：温标单位：温标 K（开尔文）（开尔文）.二、平衡态二、平衡态 理想气体的物态方程理想气体的物态方程1、平衡态、平衡态可以用可以用P-V 图上的一个点来表示。图上的一个点来表示。pV2、物态方程、物态方程3、理想气体的物态方程、理想气体的物态方程理想气体：理想气体：气体在温度不太低、气体在温度不太低、压强不太大时，可近压强不太大时，可近似为理想气体。似为理想气体。mpVRTRTMm气体质量气体质量M 气体摩尔质量气体摩尔质量R=8.31Jmol-1K-1摩尔气体常量摩尔
3、气体常量可用可用V 图上的一条有图上的一条有方向方向的曲线表示。的曲线表示。13-1 准静态过程准静态过程 功功 热量热量一、准静态过程一、准静态过程元功：元功：dWFdl系统体积由系统体积由V1变变为为V2，系统对外系统对外界作总功为：界作总功为：二、功二、功准静态过程系统对外界做功：准静态过程系统对外界做功：21VVpdVWdleppSF光光滑滑pSdlpdV注意：注意：21VVpdVW2 2、功等于、功等于PV 图上过程曲线下的图上过程曲线下的面积面积,体积增加取正体积增加取正,减小取负。减小取负。dW0W 0W 3、功是过程量、功是过程量功与过程的路径有关功与过程的路径有关，V不变时不
4、变时W=01 1、V ，W0 ；V，W0=-1000CV,m0=2000Rln1/20121QQ%15 ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3QABQCDA AB B：等温：等温T T1 1膨胀膨胀211ln0ABVQRTV例、求卡诺热机效率。例、求卡诺热机效率。卡诺循环：卡诺循环：四个过程如下图四个过程如下图B BC C：绝热膨胀：绝热膨胀0BCQC CD D：等温：等温T T2 2压缩压缩423ln0CDVQRTVD DA A：绝热压缩：绝热压缩0DAQ2111lnABVQQRTV3224lnCDVQQRTV121211TTQQ效率：效率：12143212lnln11VVT
5、VVTQQ恒量TV1BC过程过程213112TVTV DA过程过程214111TVTV 两式比较两式比较4312VVVV 结论：卡诺热机的效率由结论：卡诺热机的效率由高温热源和低温热源的温高温热源和低温热源的温度决定，高温热源温度越度决定，高温热源温度越高，低温热源温度越低，高，低温热源温度越低，则循环效率越高；则循环效率越高；ABCDPV0V1V4V2V3T1T2p1p4p2p3Q1Q2例：一卡诺热机的低温热源温度为例：一卡诺热机的低温热源温度为77，效率为，效率为4040，若，若要将其效率提高到要将其效率提高到5050，问高温热源的温度需提高多少？，问高温热源的温度需提高多少？则有：则有：
6、T2=273.15+7=280.15K121211TTQQ121TT 12,1TT解：解：设高温热源的温度分别为设高温热源的温度分别为:、1T1T K3.931111211 TTTT2212QQeWQQWpVoABAVBVcd4.致冷系数：致冷系数：致冷机致冷机1QW致冷机示意图致冷机示意图.致冷机致冷机它是利用外界做功使热量由低温处流入高温处，从而获得低它是利用外界做功使热量由低温处流入高温处，从而获得低温的机器。温的机器。低温热源低温热源2Q2T高温热源高温热源1T表示致冷机的效能。表示致冷机的效能。卡诺制冷机：逆循环卡诺制冷机：逆循环212QeQQ致冷系数致冷系数T T2 2A AB B
7、C CD DP PV V0 0V V1 1V V4 4V V2 2V V3 3T T1 1p p1p p4 4p p2 2p p3 3Q Q1 1Q Q2 2致冷机致冷机1QW低温热源低温热源2Q2T高温热源高温热源1T212TTT二、摩尔热容二、摩尔热容 iiCCmVmP2,一、理想气体的物态方程一、理想气体的物态方程mpVRTRTMRiCmV2,P mV mCCR总总 结结三、理想气体的内能三、理想气体的内能,V mECT1 12212pVp VTT过程方程过程方程21,21()VV mVQCTTPdV四、热力学第一定律四、热力学第一定律QE W 理想气体准静态过程理想气体准静态过程等容等
8、容等压等压2112lnlnTTVPQWRTRTVP等温等温1122,1av mPVPVEWCT 绝绝热热2121()()PWP VVR TT欲求欲求W，Q或或E，要会用状态方程求出，要会用状态方程求出P、V、T,21()VV mQCTT0VW E,21,2121()()()Pp mV mQCTTCTTP VV0E0aQ 恒恒量量 pV1VT 恒量1PT 恒量过程方程过程方程1222111111QQQTWQQQT 卡诺循环1、热机效率（或循环效率）、热机效率（或循环效率）五、热机和制冷机五、热机和制冷机2221212QQTeWQQTT卡诺循环2.致冷机致冷机致冷系数：致冷系数：热机热机1Q2QW
9、低温热源低温热源2T高温热源高温热源1T致冷致冷机机1QW低温热源低温热源2Q2T高温热源高温热源1T作业作业:P255-25813-1,2,3,5,13,14,18,23,25 帕斯卡尔帕斯卡尔(BLAISE PASCAL)(BLAISE PASCAL)，1623162316621662，法国，法国1717世纪最具世纪最具天才的数学家、物理学家、哲学家。他在理论科学和实验科学天才的数学家、物理学家、哲学家。他在理论科学和实验科学两方面都做出巨大贡献。帕斯卡没有受过正规的学校教育但在两方面都做出巨大贡献。帕斯卡没有受过正规的学校教育但在他短短的他短短的3939年人生里年人生里,干了很多的事情干
10、了很多的事情,哪一件都很了不起。他哪一件都很了不起。他提出了几何学上的帕斯卡尔六边形定理、帕斯卡尔三角形，物提出了几何学上的帕斯卡尔六边形定理、帕斯卡尔三角形，物理学上的帕斯卡尔定理等理学上的帕斯卡尔定理等,他创制了世界上第一台计算机他创制了世界上第一台计算机,他制他制作了水银气压计作了水银气压计,他还是概率的创立人之一他还是概率的创立人之一科研和读书的间科研和读书的间隙隙,他把他的思绪随时写在大页纸上他把他的思绪随时写在大页纸上,然后有一天然后有一天,他把这些纸裁他把这些纸裁成小条成小条,按内容归纳排列成书按内容归纳排列成书,这就是哲学名著这就是哲学名著帕斯卡尔思想帕斯卡尔思想录录。在。在思
11、想录思想录里，留给世人一句名言：里，留给世人一句名言：“人只不过是一人只不过是一根芦苇根芦苇,是自然界最脆弱的东西，但他是一根有思想的芦苇是自然界最脆弱的东西，但他是一根有思想的芦苇.”.”他建立的直觉主义原则对于后来一些哲学家，如卢梭和伯格森他建立的直觉主义原则对于后来一些哲学家，如卢梭和伯格森等都有影响等都有影响科学界铭记着帕斯卡的功绩，国际单位制规定科学界铭记着帕斯卡的功绩，国际单位制规定“压强压强”单位单位为为“帕斯卡帕斯卡”，是因为他率先提出了描述液体压强性质的，是因为他率先提出了描述液体压强性质的“帕帕斯卡定律斯卡定律”。计算机领域更不会忘记帕斯卡的贡献，。计算机领域更不会忘记帕斯
12、卡的贡献，19711971年面年面世的世的PASCALPASCAL语言，也是为了纪念这位先驱，使帕斯卡的英名长语言，也是为了纪念这位先驱，使帕斯卡的英名长留在电脑时代里留在电脑时代里 开尔文开尔文(18241907)(18241907)是英国著名物理学家、是英国著名物理学家、发明家发明家，原名，原名W.W.汤姆孙。他是汤姆孙。他是本世纪的最伟大的本世纪的最伟大的人物人物之一，是一个伟大的之一，是一个伟大的数学物理学数学物理学家兼电学家。他被看作英家兼电学家。他被看作英帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生获得了一切可帝国的第一位物理学家，同时受到世界其他国家的赞赏。他的一生
13、获得了一切可能能给予给予的的荣誉荣誉。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生中所作的实际。而他也无愧于这一切，这是他在漫长的一生中所作的实际努力努力而而获得的。这些努力使他不仅有了名望和获得的。这些努力使他不仅有了名望和财富财富，而且赢得了广泛的声誉。，而且赢得了广泛的声誉。开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达工程应用等方面都做出了贡献。他一生发表论文多达600600余篇，取得余篇，取得7070种发明专种发明专利，他在当时科学界享有极高的名望，受到英
14、国本国和欧美各国科学家、科学团利，他在当时科学界享有极高的名望，受到英国本国和欧美各国科学家、科学团体的推崇。他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色。体的推崇。他在热学、电磁学及它们的工程应用方面的研究最为出色。开尔文一生谦虚勤奋，意志坚强，不怕失败，百折不挠。在对待困难问题上开尔文一生谦虚勤奋，意志坚强，不怕失败，百折不挠。在对待困难问题上他讲：他讲：“我们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能我们都感到，对困难必须正视，不能回避；应当把它放在心里，希望能够解决它。无论如何，每个困难一定有解决的办法，虽然我们可能一生没有能找够解决它。无论如何，每个困难一定有解
15、决的办法，虽然我们可能一生没有能找到。到。”他这种终生不懈地为科学事业奋斗的精神，永远为后人敬仰。他这种终生不懈地为科学事业奋斗的精神，永远为后人敬仰。18961896年在格年在格拉斯哥大学庆祝他拉斯哥大学庆祝他5050周年教授生涯大会上，他说：周年教授生涯大会上，他说：“有两个字最能代表我有两个字最能代表我5050年内年内在科学研究上的奋斗，就是在科学研究上的奋斗，就是失败失败两字。两字。为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标（即绝对温标）称为了纪念他在科学上的功绩，国际计量大会把热力学温标（即绝对温标）称为开尔文（开氏）温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个为开尔文（开氏）温标，热力学温度以开尔文为单位，是现在国际单位制中七个基本单位之一。基本单位之一。开尔文的一生是非常成功的，他可以算作世界上最伟大的科学家中的一位。开尔文的一生是非常成功的，他可以算作世界上最伟大的科学家中的一位。他于他于19071907年年1212月月1717日去世时，得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼。他的日去世时，得到了几乎整个英国和全世界科学家的哀悼。他的遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边。遗体被安葬在威斯敏斯特教堂牛顿墓的旁边。
