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05-1 基本概念理想气体状态方程.pptx

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本课件介绍热学的研究对象与宏观、微观两种研究方法,说明热力学系统与外界、平衡态、状态参量与理想气体状态方程等基本概念,为后续压强、温度与内能的微观解释建立框架,并给出热学在能源与工程中的应用背景。

前言封面页,标示气体动理论基础、热力学的基本概念。
前言(续1)讲解页,归纳热学的研究对象及内容▲对象:宏观物体(大量分子原子系统)或物体系—热力学系统。
律热现象规律逻辑推理特点讲解页,归纳热学的研究方法▲热力学(thermodynamics)宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理特点。
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第1页:前言

前言

热学

第2页:前言(续1)

前言(续1)

热学的研究对象及内容▲对象
宏观物体(大量分子原子系统)或物体系—热力学系统
▲内容
与热现象有关的性质和规律

外界系统外界例如汽缸

第3页:律热现象规律逻辑推理特点

律热现象规律逻辑推理特点

热学的研究方法▲热力学(thermodynamics)宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理特点:普遍性、可靠性。

▲统计力学(statistical mechanics)对微观结构提出模型、假设统计方法热现象规律特点:可揭示微观本质,但受模型局限。

前言

第4页:掌握自然界的基本规律

掌握自然界的基本规律

热力学第一定律
能量守恒.热力学第二定律:自然过程的方向.2.热能是重要的能源,也是维持生命的主要来源

学习热学的意义

第5页:气体动理论基础

气体动理论基础

第6页:常见的一些现象

常见的一些现象

  • 1、一壶水开了,水变成了水蒸气
  • 2、温度降到0℃以下,液体的水变成了固体的冰块
  • 3、气体被压缩,产生压强
  • 4、物体被加热,物体的温度升高

热现象

第7页:热力学的基本概念

热力学的基本概念

5-1-1热力学系统在热力学中把要研究的宏观物体(气体、液体、固体)称为热力学系统简称系统。

外界
系统以外与系统有着相互作用的环境孤立系统:与外界不发生任何能量和物质交换的热力学系统
封闭系统
与外界只有能量交换而没有物质交换的系统

第8页:状态参量

状态参量

描述热力学系统状态的物理量。

描述气体的状态参量
压强、体积和温度垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力
压强(P)
国际单位:帕斯卡(Pa = N/m2)1标准大气压(atm) = 1.01325×105Pa= 760 mmHg体积(V):气体分子自由活动的空间
国际单位
米3(m3)温度(T):温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量

温标——温度的数值表示法

第9页:摄氏温标

摄氏温标

t℃热力学温标
TK水的冰点——0 ℃水的沸点——100℃冰点和沸点之差的百分之一规定为1℃
绝对零度
T= 0 Kt=-273.15℃水三相点(气态、液态、固态的共存状态)273.16 K

第10页:热平衡

热平衡

两热力学系统相互接触,而与外界没有热量交换,当经过了足够长的时间后,它们的冷热程度不再发生变化。

热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,则这两个系统彼此也处于热平衡
温度
表征系统热平衡时宏观状态的物理量
  • •微观量:每个分子的质量、速度、动量、能量等•宏观量:系统的体积、压强、温度、热容等总结描述热现象的参量:表征大量分子的集体特征

表征个别分子特征

第11页:平衡态

平衡态

平衡态
一个孤立系统,其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变(即其状态参量不再随时间改变)的状态

(微观上应理解为动态平衡)注意:如果系统与外界有能量交换,即使系统的宏观性质不随时间变化,也不能断定系统是否处于平衡态

第12页:平衡态的特点

平衡态的特点

*1)单一性(处处相等);2)物态的稳定性——与时间无关;3)自发过程的终点;4)热动平衡.(区别力平衡)一组态参量一个平衡态描述对应一定质量的气体(某一系统)的平衡态可用p、V、T表示

第13页:热力学过程

热力学过程

热力学系统的状态随时间发生变化的过程。

p1, V1, T1p2, V2, T2非平衡过程或非静态过程平衡过程或准静态过程(理想过程)准静态过程:状态变化过程进行得非常缓慢,以至于过程中的每一个中间状态都近似于平衡态。

←快非平衡态←缓慢接近平衡态非准静态过程准静态过程统一于“无限缓慢”矛盾平衡即不变过程即变化

第14页:准静态过程

准静态过程

的过程曲线可以用P-V图来描述,图上的每一点都表示系统的一个平衡态。

(PB,VB,TB)(PA,VA,TA) (PC,VC,TC)

第15页:理想气体状态方程理想气体

理想气体状态方程理想气体

在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。

(质量不变)标准状态
m为气体的总质量

M为气体的摩尔质量。

其中

第16页:理想气体状态方程

理想气体状态方程

令:R称为“摩尔气体常量”代入

第17页:理想气体

理想气体

设一定量的分子质量为m0,气体分子数为N,分子数密度n。

阿伏伽德罗常数
玻耳兹曼常量标准状态下的分子密度:称为洛喜密脱数标准状态:一般气体在密度不太高,压强不太大,温度不太低时也遵守理想气体状态方程!
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