北京工业大学大学物理竞赛辅导热学基本内容精要.ppt

热库，设计等温放热过程 总熵变化 * 二、重力场中粒子按高度的分布（考点） 取Z轴向上，设Z=0处势能为零，则分布在高度Z处体积元?V内的分子数为 单位体积内的分子数为 重力场中气体分子的密度n随高度Z的增加按指数而减小。 在一定的温度下，理想气体的压强 P= nkT ——气压公式 将上式取对数，可得 可用于爬山、航空中对上升高度的估算。 补§ 1.2 气体分子的平均碰撞次数 及平均自由程 （考点） 一、分子的平均碰撞次数（碰撞频率） 1 . 分子为刚性小球 , 2 . 分子有效直径为d （分子间距平均值）， 3 . 其它分子皆静止, 某一分子以平均速率 相对其他分子运动 . 以该分子球心所经过的轨道为轴线，以d为半径作一圆柱体。 一秒钟内与该分子碰撞的分子数为： 平均碰撞频率： A d d d 二、分子平均自由程 两次连续碰撞间一个分子自由运动的平均路程为： T一定时，平均自由程 与 P 成反比。 对空气分子 d ~ 3.5 ? 10 -10 m 标准状态下 Z ~ 6.5 ? 10 9s ， ? ~ 6.9 ? 10 -8 m ?气体容器线度小于平均自由程计算值时，实际平均自由程就是容器线度的大小。 [解]: [例]计算氧气在一个大气压下，27C?分子的平均碰撞次数和平均自由程。氧分子的有效直径为2×10-10m。 u = v - v 平方 u = v + v - 2 v · v 2 2 2 取平均 u = v + v - 2 v · v 2 2 2 各个方向随机运动，故为零 u = v + v 2 2 2 相等 u = 2 v 2 2 设 均方根速率与平均速率的规律相似，则由上式 u=? 2 v 在许多实际问题中，气体常处于非平衡状态，气体内各部分的温度或压强不相等，或各气体层之间有相对运动等，这时气体内将有能量、质量或动量从一部分向另一部分定向迁移，这就是非平衡态下气体的迁移现象. 一、粘滞现象 气体中各层间有相对运动时, 各层气体流动速度不同, 气体层间存在粘滞力的相互作用. 补§ 1.3 输运过程 气体层间的粘滞力 气体粘滞现象的微观本质是分子定向运动动量的迁移 , 而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的. A B 为粘度（粘性系数） 二 、热传导现象 A B * * 设气体各气层间无相对运动 , 且各处气体分子数密度均相同, 但气体内由于存在温度差而产生热量从温度高的区域向温度低的区域传递的现象叫作热传导现象. 气体热传导现象的微观本质是分子热运动能量的定向迁移, 而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的. 称为热导率 A B * * 三 、扩散现象 自然界气体的扩散现象是常见的现象, 容器中不同气体间的互相渗透称为互扩散; 同种气体因分子数密度不同, 温度不同或各层间存在相对运动所产生的扩散现象称为自扩散 . 为扩散系数 气体扩散现象的微观本质是气体分子数密度的定向迁移, 而这种迁移是通过气体分子无规热运动来实现的. A B * * 四、三种迁移系数 扩散系数 热导率 粘度（粘性系数） 六、热力学第一定律 ⒈系统对外做功 ——过程量（准静态） ⒉系统吸热 ——过程量 ⒊理想气体内能增量 ——取决于始末态 ⒋热Ⅰ律 dQ=dE+dA（考点） Q=(E2-E1)+A ⒌等体过程 A=0 Q=?E ⒍等压过程 ⒎ 等温过程 ?E=0 ⒏ 绝热过程 Q=0 ?E+A=0 绝热过程方程 1 2 ① ② ③ ——泊松(Poisson)公式 ④ ⑥ ⑤ ④⑤⑥——绝热过程方程 （推导过程常要求。Eg.29届12.） (C1 , C2 , C3 是常量) ⒐绝热自由膨胀——非准静态过程 Q=A=?E=0 T2=T1 10.多方过程 n=1，等温，n=?，绝热， n=0，等压，n=?,等容。 ⒒ 热机效率 卡诺热机： 12. 致冷机的致冷系数 卡诺致冷机： 七、热力学第二定律 ⒈过程可逆性的概念 ⒉热Ⅱ律的两种表述 4熵 克劳修斯熵公式： 玻尔兹曼熵公式： ——熵是状态的函数 ——熵是系统无序程度的量度 熵增加原理：孤立系统中的过程 5.热Ⅱ律的微观意义 3.卡诺定律 可逆过程 ----无摩擦准静态过程 温熵图 6.卡诺定律：1）在相同的高温热库和相同的低温热