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气体动理论B

  气体动理论:微观理论,运用统计方法建立宏观量与相应微观量平均值之间的关系 热力学:宏观理论,从能量观点出发,研究热现象的宏观规律 §7-1 分子热运动与统计规律 1.概率 2.统计平均值   平衡过程:过程中每一中间状态都可近似看作为平衡态的过程   将分子看作为质点 分子间相互作用力除碰撞外可忽略不计 将分子看作是完全弹性小球 每个分子处在容器空间内任一点的几率相同,任一点附近分子数密度均相等 每个分子向各个方向运动的几率相同,即气体分子的速度沿各个方向的分量的各种平均值相等   N个分子一秒内给予A1的冲量为 A1上的压强 定义分子的平均平动动能为 讨论: 温度的本质:温度是分子平均平动动能的量度.   温度是气体分子热运动剧烈程度的物理量. 分子动能=平动动能+转动动能+振动动能   1.刚体的自由度 三.理想气体的内能 三.麦克斯韦速率分布定律   四.气体分子的三种速率 一.概念 平均碰撞次数:一个分子在单位时间内与其他分子碰撞次数的平均值 平均自由程:一个分子连续两次碰撞所经过路程的平均值   二.计算(对同一类分子) 2.考虑所有的分子都在运动 一.系统的内能 热力学系统:所要研究的物体 外界:与系统发生作用的环境 二.热功等效性 讨论:正负号意义 二.准静态过程中的功 讨论: 内能是状态的单值函数,所以?E与过程无关 A 相当于过程曲线下的面积,与过程有关,所以Q也与过程有关,即两者都是过程量 §7-3 理想气体的等值过程 讨论: Q0时,E2-E10:等容吸热过程。外界传给气体的热量全部用于增加气体的内能 Q0时,E2-E10:等容放热过程。气体放出的热量为气体内能的减少   二.等温过程(T=常数) 讨论: Q0时,V2V1或p1 p2:等温膨胀过程。气体吸收的热量全部转化为对外作功 Q0时,V2V1:等温压缩过程。外界对气体作的功全部转化为热量放出   三.等压过程(P=常数) 讨论: Q0时, T2T1(V2V1), 即E2-E10 ,A0:等压膨胀过程。气体吸收的热量,一部分用于内能的增加,一部分用于对外作功. Q0时, T2T1, 即E2-E10, 或A0:等压压缩过程。外界对气体作的功和内能的减少均转化为热量放出   等压过程中,A与△E始终同号   §7-4 气体的摩尔热容 二.定容摩尔热容Cv 设1mol气体在等容过程中温度升高dT时吸收的热量为(dQ)v,则有 讨论: Cv 只与分子自由度有关 物理意义:每个自由度的平均动能 为(1/2)kT,自由度越多,需要的热量也越多 等容过程:   三.定压摩尔热容Cp 设1mol气体在等压过程中温度升高dT时吸收的热量为(dQ)p,则有 讨论: CpCv。物理意义:等压过程吸热, 不仅提高内能,而且对外作功 等压过程 绝热过程:气体与外界无热量交换的变化过程   二.绝热过程方程 三.绝热线与等温线 2.物理方法:比较引起 p下降的因素 等温:引起压强下降的因素----V的增加 绝热:引起压强下降的因素----V的增加和T 的下降   一.循环过程特征 二.正循环 工质:热机进行热功转换的媒介物质 设工质从高温热源吸热 Q1,向低温热源放热 Q2,对外作功 A 热机效率:一次循环过程中,工质对外作的净功占从高温热源吸收热量的比例,即 三.卡诺循环 两个等温过程和两个绝热过程组成的循环 高温热源T1 一.可逆过程和不可逆过程 定义:若一个过程可以反向进行并返回到原状态,且系统和外界都不发生变化,则该过程称为可逆过程 问题:能否制造效率等于100%的热机? 一.开尔文说法 (1851年) 不可能从单一热源吸取热量,使它完全变为有用功而不引起其他变化   第二类永动机: 从单一热源吸热并将其全部用来作功,而不放出热量给其它物体的机器(η=100%)   讨论: 将热量全部变为功是可能的。如等温膨胀时有Q=A,但这一定要引起其他的变化,如体积增大 使其回到初始状态的循环过程则要放热 开尔文说法反映了功热转换的不可逆性 热量不能自动地从低温物体传向高温物体   三.两种说法本质上的一致性 反证法证明: 设克劳修斯说法不成立,即热量可以从低温物体自动地传给高温物体 讨论: 热力学第一定律说明了任何过程中能量守恒   一.卡诺定理 定理1:工作在相同的高低温热源之间的所有可逆热机,不论用何种工质,效率都相等,为 同理若使乙机反向运行,可证有 证明:设乙机为不可逆机,甲机反向运行,则可证 二.熵 熵是用来描述系统中大量分子运动不规则(无序)程度的物

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