十二章和十三章物理總結(jié)市公開課獲獎?wù)n件

1、三、卡諾定理卡諾定理定量地給出了熱機效率程度。（1）一切工作在兩個相同熱源間可逆熱機效率相同，都等于 可逆 = 1-T2/T1，而無論用什么工作物質(zhì)，也無論是否卡諾循環(huán)；（2）一切工作在兩個相同熱源間不可逆熱機效率不也許高于（事實上是小于）可逆熱機效率，即不可逆 可逆 = 1-T2/T1。（證實略）1=Q2Q1第1頁第1頁一熱機每秒從高溫熱源(T1=600K)吸取熱量Q1=3.34104J，作功后向低溫熱(T2=300K)放出熱量Q2=2.09104J 。 （1）問它效率是多少？它是不是可逆機？（2）假如盡也許地提升了熱機效率，問每秒從高溫熱源吸熱3.34104J，則每秒最多能作多少功？ 解：

2、(1)1h=Q2Q11=2.091043.34104=37%300=600=50%11h=T2T1卡=0.53.34104 =1.67104 J=AQ1h卡(2)（不是可逆機）第2頁第2頁兩部可逆機串聯(lián)起來，如圖所表示，可逆機 1 工作于溫度為T1熱源 1 與溫度為T2=400K熱源 2之間?？赡鏅C 2吸入可逆機 1 放給熱源 2熱量Q2，轉(zhuǎn)而放熱給 T3= 300K 熱源 3。在(1)兩部熱機效率相等，(2)兩部熱機作功相等情況下求T1。 T1Q1Q2T3T2T1T3T2Q2Q2熱源1熱源2熱源3400()300533K2=解：(1)1h=T2T11=T3T2=T1T2T32=2400-30

3、0=500KT1=2T2-T3A=Q1-Q2=Q2-Q3(2)T1-T2 =T2-T3 A A 第3頁第3頁初始狀態(tài)搖動后幾率很小一、第二定律統(tǒng)計意義 13-8 第二定律統(tǒng)計意義 熱力學第二定律指出了熱量傳遞方向和熱功轉(zhuǎn)化方向不可逆性，這一結(jié)論能夠從微觀角度出發(fā)，從統(tǒng)計意義上來進行解釋。幾率大7-10 第二定律統(tǒng)計意義第4頁第4頁假設(shè)可逆，即氣體分子能夠自動地所有回到A端，B端無分子，這種也許性有多大？ABN=1N=2幾率為 1/4=1/22幾率為1/2以氣體自由膨脹為例，第5頁第5頁氣體自由膨脹不可逆性能夠用幾率來闡明。AB隔板開始時，4個分子都在A部，抽出隔板后分子將向B部擴散并在整個容器

4、內(nèi)無規(guī)則運動。隔板被抽出后，4分子在容器中可能分布情形以下圖所表示：一個被隔板分為A、B相等兩部分容器，裝有4個涂以不同顏色分子。下頁 共有24=16種也許方式，并且4個分子所有退回到A部也許性即幾率為1/24=1/16。可認4個分子自由膨脹是“可逆”。 普通來說，若有N個分子，則共2N種也許方式，而N個分子所有退回到A部幾率為1/2N。對于真實抱負氣體系統(tǒng)N1023/mol，這些分子所有退回到A部幾率為：很小，趨于零。第6頁第6頁分布（宏觀態(tài)）詳細分布（微觀態(tài)）14641上頁下頁第7頁第7頁 從以上闡明可知：不可逆過程實質(zhì)上是 一個從幾率較小狀態(tài)到幾率較大狀態(tài) 改變過程。 對單個分子或少許分

5、子來說，它們擴散到B部過程原則上是可逆。但對大量分子構(gòu)成宏觀系統(tǒng)來說，它們向B部自由膨脹宏觀過程事實上是不可逆。這就是宏觀過程不可逆性在微觀上統(tǒng)計解釋。 左邊一列各種分布僅指出A、B兩邊各有幾種分子，代表是系統(tǒng)也許宏觀態(tài)。中間各列是詳細分布，詳細指明了這個或那個分子各處于A或B哪一邊，代表是系統(tǒng)任意一個微觀態(tài)。 4個分子在容器中分布對應(yīng)5種宏觀態(tài)。一個宏觀態(tài)對應(yīng)若干種微觀態(tài)。不同宏觀態(tài)對應(yīng)微觀態(tài)數(shù)不同。均勻分布對應(yīng)微觀態(tài)數(shù)最多。全部退回A邊僅對應(yīng)一個微觀態(tài)。各種宏觀態(tài)不是等幾率。哪種宏觀態(tài)包含微觀態(tài)數(shù)多，這種宏觀態(tài)出現(xiàn)可能性就大。上頁第8頁第8頁 定義熱力學幾率：與同一宏觀態(tài)相應(yīng)微觀態(tài)數(shù)稱為熱

6、力學幾率。記為 。 在上例中，均勻分布這種宏觀態(tài)，相應(yīng)微觀態(tài)最多，熱力學幾率最大，實際觀測到也許性或幾率最大。對于1023個分子構(gòu)成宏觀系統(tǒng)來說，均勻分布這種宏觀態(tài)熱力學幾率與各種也許宏觀態(tài)熱力學幾率總和相比，此比值幾乎或事實上為100%。 因此，實際觀測到總是均勻分布這種宏觀態(tài)。即系統(tǒng)最后所達到平衡態(tài)。上頁下頁 統(tǒng)計物理基本假定-等幾率原理：對于孤立系，各種微觀態(tài)出現(xiàn)也許性（或幾率）是相等。平衡態(tài)相應(yīng)于一定宏觀條件下 最大狀態(tài)。第9頁第9頁1、能量從高溫熱源傳給低溫熱源幾率要比反向傳遞 幾率大得多。 2、宏觀物體有規(guī)則機械運動（作功）轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿訜o規(guī)則 熱運動幾率要比反向轉(zhuǎn)變幾率大得多熱力學第

7、二定律統(tǒng)計表述： 孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生過程總是從包括微觀態(tài)數(shù)少宏觀態(tài)向包括微觀態(tài)數(shù)多宏觀態(tài)過渡,從熱力學幾率小狀態(tài)向熱力學幾率大狀態(tài)過渡。熱力學第二定律統(tǒng)計意義：一切實際過程都向著狀態(tài)幾率增大方向進行（熵增長原理）。不可逆過程實質(zhì)上是一個從幾率較小狀態(tài)到幾率較大狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程，只有在可逆過程中，幾率才保持不變。第10頁第10頁.從統(tǒng)計意義來解釋：不可逆過程實質(zhì)上是一個_轉(zhuǎn)變過程；一切過程都向著 _方向進行。從幾率較小狀態(tài)到幾率較大狀態(tài)狀態(tài)幾率增大 在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)，一切實際過程都向著（ 方向進行，這就是熱力學第二定律統(tǒng)計意義。 從宏觀上說，一切與熱現(xiàn)象相關(guān)實際過程都是（）。狀態(tài)幾率增大）不可逆第1

8、1頁第11頁熵微觀意義和玻爾茲曼公式:宏觀熱力學指出：孤立系統(tǒng)內(nèi)部所發(fā)生過程總是朝著熵增長方向進行。與熱力學第二定律統(tǒng)計表述相比較熵與熱力學幾率相關(guān)玻爾茲曼建立了此關(guān)系玻爾茲曼公式：S = k ln (k為玻爾茲曼常數(shù)）熵微觀意義：系統(tǒng)內(nèi)分子熱運動 無序性一個量度。越大，微觀態(tài)數(shù)就越多，系統(tǒng)就越混亂越無序。上頁下頁第12頁第12頁熵單位：和K 相同熵是狀態(tài)函數(shù)：相應(yīng)一定狀態(tài)，系統(tǒng)熵值一定， 當狀態(tài)改變時，系統(tǒng)熵值普通也隨之改變。熵增原理：熵變（S）系統(tǒng)兩狀態(tài)熵差值S只決定于兩狀態(tài)熵，而與狀態(tài)間經(jīng)歷過程無關(guān)若在一孤立系統(tǒng)內(nèi)，狀態(tài)熱力學幾率1，狀態(tài)熱力學幾率2，且2 1,則由熱力學第二定律可知：過

9、程只能由 態(tài)向態(tài)進行。這樣，熵變S=Kln 2- Kln 1=Kln(2/ 1)0 即孤立系統(tǒng)內(nèi)，實際發(fā)生過程，總是向著熵增加方向進行。第13頁第13頁2. 合用范圍熱力學第二定律適合用于宏觀孤立系統(tǒng)。為何說所謂“熱寂”狀態(tài)不會出現(xiàn)？ 所謂孤立系統(tǒng)不能無限地推廣到整個宇宙，熱力學第二定律是建立在有限時間和空間現(xiàn)象觀測上，“孤立系統(tǒng)”并不是完全沒有“外界”，因此說“熱寂說”是錯誤。“熱寂說”即將全宇宙看做一“孤立系統(tǒng)”，因而認為整個宇宙將達到溫度均衡而形成不再有熱傳遞所謂“熱寂”狀態(tài)，一切改變將停止，從而宇宙也將死亡?！盁峒耪f”違反宇宙無限發(fā)展辯證唯物觀。熱力學第二定律適合用于大量分子構(gòu)成系統(tǒng)。

10、第14頁第14頁第十二、三章總結(jié)1. 抱負氣體狀態(tài)方程2. 抱負氣體壓強公式3. 氣體分子平均平動動能4. 氣體分子平均動能（能量）按自由度均分原理在平衡狀態(tài)下，氣體分子任何一個運動形式每一個自由度都含有相同平均動能，大小等于第15頁第15頁6. 剛性抱負氣體內(nèi)能5. 一個剛性氣體分子平均能量第16頁第16頁11. Maxwell分子速率分布函數(shù)第17頁第17頁12. 最可幾速率15. 平均碰撞次數(shù)和平均自由程第18頁第18頁16. 熱力學第一定律17. 氣體摩爾熱容定容摩爾熱容定壓摩爾熱容18. 熱容比19.等容過程（dV= 0）A=0第19頁第19頁20.等溫過程（dT=0)E=021.

11、等壓過程（dp=0）A= p（V2-V1）=R（T2-T1）22. 絕熱過程（dQ=0）Q=023. 絕熱方程第20頁第20頁一定質(zhì)量工質(zhì)在一次循環(huán)過程中要從高溫熱源吸熱Q1，又向低溫熱源放出熱量Q2 (Q2 0)，整個循環(huán)過程中對外作凈功A，而工質(zhì)回到初態(tài)，內(nèi)能不變。定義熱機效率24 .正循環(huán)特性25. 逆循環(huán)特性工質(zhì)把從低溫熱源吸取熱量和外界對它所作功以熱量形式傳給高溫熱源，其結(jié)果可使低溫熱源溫度更低，達到制冷目的。定義制冷機制冷系數(shù)第21頁第21頁27. 卡諾熱機效率在循環(huán)中，抱負氣體僅與兩個恒溫熱源接觸，因此循環(huán)過程由4個準靜態(tài)過程兩個等溫、兩個絕熱過程構(gòu)成。28. 卡諾制冷機制冷系數(shù)

12、26. 卡諾循環(huán)29.熱力學第二定律開爾文表述不也許從單一熱源吸取熱量完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其它效應(yīng)。30.熱力學第二定律克勞修斯表述不也許把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其它效應(yīng)。第22頁第22頁指明了自然界過程進行方向及程度。32. 可逆過程和不可逆過程系統(tǒng)由A態(tài)出發(fā)，經(jīng)一過程到達B態(tài)，若存在另一過程，使系統(tǒng)和外界復原，則稱原過程是可逆過程，不然，為不可逆過程。31. 熱力學第二定律作用闡明一切與熱現(xiàn)象相關(guān)宏觀過程都是不可逆。34. 卡諾定理（1）一切工作在兩個相同熱源間可逆熱機效率相同，都等于 可逆 = 1-T2/T1，而無論用什么工作物質(zhì)，也無論是否卡諾循環(huán)；33. 熱力學第二定律

13、本質(zhì)第23頁第23頁（2）一切工作在兩個相同熱源間不可逆熱機效率不也許高于（事實上是小于）可逆熱機效率，即不可逆 可逆 = 1-T2/T1。一切實際過程都向著狀態(tài)幾率增大方向進行（熵增長原理）。不可逆過程實質(zhì)上是一個從幾率較小狀態(tài)到幾率較大狀態(tài)轉(zhuǎn)變過程，只有在可逆過程中，幾率才保持不變。35. 熱力學第二定律統(tǒng)計意義36. 不可逆過程實質(zhì)37.熱力學第二定律合用范圍適合用于宏觀孤立系統(tǒng)第24頁第24頁例1：設(shè)高溫熱源溫度是低溫熱源溫度 n 倍，則抱負氣體在 一次卡諾循環(huán)中交給低溫熱源熱量是從高溫熱源得到 熱量例2：有兩個相同容器，體積不變，各盛有He、H2，它們 P、T 相同，現(xiàn)將 5J 熱量

14、傳給H2, 使H2 溫度升高，若要 使 He 也升高同一溫度，則應(yīng)向 He 傳遞熱量 第25頁第25頁.從統(tǒng)計意義來解釋：不可逆過程實質(zhì)上是一個_轉(zhuǎn)變過程；一切過程都向著 _方向進行。從幾率較小狀態(tài)到幾率較大狀態(tài)狀態(tài)幾率增大第26頁第26頁 在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)，一切實際過程都向著（ 方向進行，這就是熱力學第二定律統(tǒng)計意義。 從宏觀上說，一切與熱現(xiàn)象相關(guān)實際過程都是（）。狀態(tài)幾率增大）不可逆第27頁第27頁循環(huán)效循環(huán)C ,: ,: ,: ,: , , , ,5QQDQQCQQBQQAQQadcbaabcdahhhhhhhhhhA=A 則（ )從高溫熱源吸熱率為，從高溫熱源吸熱設(shè)循環(huán)效率為等，已知兩低溫熱源溫度相）和（了如圖所表示兩個卡諾：某抱負氣體分別進行例PVobadcPVobadc第28頁第28頁違反