热学竞赛辅导(1)(2010).ppt

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1、第二部分热学第一章气体分子运动论1.平衡态3.温度4.温标2.理想气体压强公式摄氏温度t与理想气体温度T的关系t=T-273.15tF=[32+(9/5)t]°F冰点F=32:t°F沸点:tF=212°F华氏温度tF与摄氏温度t的关系5.理想气体压强公式16.理想气体内能7.分子按速律分布8.玻耳兹曼分布律9.三种速率10.范德瓦尔斯方程11.平均自由程和平均碰撞频率215.功16.热力学第一定律17.热容量第二章热力学第一定律19.绝热过程方程18.迈尔公式20.热机的效率21.致冷系数3输运过程熵增加原理

2、热学补充内容4输运过程不受外界干扰时，系统自发地从非平衡态向物理性质均匀的平衡态过渡过程---输运过程。一、非平衡态二、输运过程系统各部分的物理性质，如流速、温度或密度不均匀时，系统处于非平衡态。介绍三种输运过程的基本规律：内摩擦热传导扩散51.内摩擦AB现象：A盘自由，B盘由电机带动而转动，慢慢A盘也跟着转动起来。解释：B盘转动因摩擦作用力带动了周围的空气层，这层又带动邻近层，直到带动A盘。这种相邻的流体之间因速度不同，引起的相互作用力称为内摩擦力，或粘滞力。xzu=u(z)dSdf'df流速不均匀，沿z

3、变化（或有梯度）不同流层之间有粘滞力6设，dS的上层面上流体对下层面上流体的粘滞力为df，反作用为df'，这一对力满足牛顿第三定律。实验测得称为粘滞系数20oC时，水为1.00510-3Pas空气为1.7110-7Pas用分子运动论应该可以从微观推导出上面公式。根据动量定律df=dzduz=z0dSdK=df.dtdzduz=z0dSdtdK=-dzduz=z0dSdtdK=考虑到动量的迁移的方向。则：7微观上，这种粘滞力是动量传递的结果(1)下层平均自由程l的区域，单位时间通过dS面积，向上层移

4、动的分子数为：zz016vn16vnxu（z+）u（z-）8与比较实验定律得：(2)计算每交换一对分子沿z轴正方向输运的净动量为：(3)计算dN个分子沿z轴正方向输运的净动量为：dK=dk.dN92.热传导zT（x）dSdQ0x03.扩散zn（z）dSdM定容比热10例一：一定量的气体先经过等容过程使其温度升高一倍，在经过等温过程使其体积膨胀为原来的两倍，问后来的平均自由程，粘滞系数，热传导系数和扩散系数各为原来的多少倍？解：A(P0V0T0）PVABCB(2P0V02T0）C(P02V02T0）11

5、热力学第二定律一、热力学第二定律的表述1.克劳修斯（clausius，1850）表述:不可能自发地将热量从低温物体传向高温物体，而不发生其他变化。2.开尔文（Kelvin，1851）表述:不可能从单一热源吸热使之完全转化为有用功，而不发生其他变化。12二、熵与微观状态之间的关系1.微观状态与宏观状态将隔板拉开后,只表示A,B中各有多少个分子----称为宏观状态表示出A,B中各是哪些分子(分子的微观分布)----称为微观状态13左4，右0，微观状态数1左3，右1，微观状态数4左2，右2，微观状态数6左1，右3，

6、微观状态数4左0，右4，微观状态数1144个粒子分布左4右0左3右1左2右2左1右3左0右40123456总微观状态数16:左4右0和左0右4概率各为1/16；左3右1和左1右3概率各为1/4；左2右2概率为6/16.按统计理论的基本假设：对于孤立系统,各微观状态出现的概率是相同的.15N=1023ΩN/2Nn孤立系统总是从非平衡态向平衡态过渡。与平衡态的微小偏离，就是涨落（始终存在）。两侧粒子数相同时热力学概率Ω最大，对应平衡态.对应微观状态数目多的宏观状态,其出现的概率大。N：左侧粒子数N=1023

7、162.热力学概率某一宏观状态对应的微观状态数叫该宏观状态的热力学概率.当分子数N=4时,热力学概率=(1/16)=1/24.当分子数N=NA(1摩尔)时,热力学概率这种宏观状态虽原则上可出现,但实际上不可能出现.自然过程的方向性的定量描述:“热力学概率总是沿增大的方向发展”.宏观状态出现的热力学概率：全部分子自动收缩到左边的173.玻尔兹曼熵公式与熵增加原理自然过程的方向性是小大(微观定量表示)玻耳兹曼引入了熵S熵(和一样)的微观意义：S=kln在孤立系统中进行的自然过程总是沿熵增加的方

8、向进行,即例.用玻耳兹曼熵公式计算理想气体绝热自由膨胀熵的增加量：有序无序(微观定性表示)玻尔兹曼熵公式系统内分子热运动无序性的一种量度.△S≥0熵增加原理18在前面,4个分子时,当体积增加到2倍时,微观状态数增为倍;因为初、末态T相同,分子的速度分布不变,只有位置分布改变,可以只按位置分布计算热力学概率。现在,N个分子时,当体积增加到倍时,微观状态数增为倍;19楼塌熵增204.克劳修斯熵公式