理學(xué)熱學(xué)-李偆版-緒論課件

熱學(xué)緒論課程總體安排課程安排課程內(nèi)容包含熱力學(xué)基礎(chǔ)、熱力學(xué)定律、熱傳遞、熱機(jī)和熱泵等教材參考主要參考李偆版《熱學(xué)》教材，并輔以其他相關(guān)書籍和資料考核方式課堂測驗(yàn)、期中考試和期末考試，并結(jié)合平時(shí)作業(yè)和課堂表現(xiàn)進(jìn)行綜合評定熱學(xué)的基本概念溫度物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度的宏觀表現(xiàn)熱量在不同溫度物體之間傳遞的能量，由物體溫度差引起熱力學(xué)研究熱現(xiàn)象及其與其他形式能量相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科溫度的定義物質(zhì)微觀運(yùn)動(dòng)溫度反映了物質(zhì)內(nèi)部微觀粒子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。熱力學(xué)溫度溫度是描述物質(zhì)冷熱程度的物理量，是熱力學(xué)平衡狀態(tài)的一個(gè)基本參數(shù)。溫度的量度1溫度計(jì)使用溫度計(jì)測量溫度2單位常用攝氏度（℃）、華氏度（℉）和開氏度（K）3原理利用物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)溫標(biāo)的建立選擇基準(zhǔn)點(diǎn)確定兩個(gè)固定點(diǎn)，例如冰點(diǎn)和沸點(diǎn)。劃分刻度在兩個(gè)固定點(diǎn)之間劃分等間距的刻度。定義溫標(biāo)單位確定每個(gè)刻度的溫度變化值，例如攝氏度或華氏度。熱與溫度的區(qū)別1溫度表示物體的冷熱程度。2熱量物體間由于溫度差而傳遞的能量。3狀態(tài)溫度是物體的狀態(tài)參量，而熱量是能量的傳遞形式。熱的傳播方式傳導(dǎo)熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的分子運(yùn)動(dòng)傳遞，從溫度較高的地方傳遞到溫度較低的地方。例如，將金屬勺子放入熱水中，勺子柄會(huì)變熱。對流熱量通過流體（液體或氣體）的流動(dòng)傳遞。例如，沸水時(shí)，熱量通過對流從鍋底傳遞到水面上。輻射熱量通過電磁波傳遞，不需要介質(zhì)。例如，太陽的熱量通過輻射傳送到地球。導(dǎo)熱導(dǎo)熱是指熱量通過物質(zhì)內(nèi)部的微觀粒子運(yùn)動(dòng)傳遞的過程。熱量從溫度較高的部分傳遞到溫度較低的部分。熱量傳遞的方向總是從高溫物體傳遞到低溫物體。當(dāng)兩個(gè)物體接觸時(shí)，高溫物體中的粒子會(huì)以熱能的形式向低溫物體中的粒子傳遞能量，從而使低溫物體的溫度升高。導(dǎo)熱是熱傳遞的三種方式之一，另外兩種是對流和輻射。導(dǎo)熱是物質(zhì)內(nèi)部的熱量傳遞，而對流和輻射則是物質(zhì)之間的熱量傳遞。對流對流是指流體（液體或氣體）中由于溫度差而引起的熱量傳遞方式。當(dāng)流體的一部分受熱溫度升高，密度減小而上升，而冷的部分密度較大，溫度較低，則下降。這種流體的循環(huán)運(yùn)動(dòng)就叫做對流。對流是熱量傳遞的重要方式之一，例如，暖氣片加熱房間、水沸騰時(shí)熱量傳遞等都是對流現(xiàn)象。輻射熱輻射物體以電磁波的形式向外傳遞熱能的過程，稱為熱輻射。太陽輻射太陽以電磁波的形式向外輻射熱能，為地球提供了光和熱。紅外輻射所有物體都以紅外波的形式向外輻射熱能，溫度越高輻射越強(qiáng)。熱量的測量1定義熱量是指在熱傳遞過程中，物體之間傳遞的能量。2單位熱量的單位是焦耳（J），1焦耳等于1牛頓·米。3測量方法常用的熱量測量方法有量熱法，利用熱量計(jì)測量熱量變化。比熱與熱容比熱比熱是單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高1攝氏度所需的熱量。熱容熱容是物體溫度升高1攝氏度所需的熱量。熱膨脹物質(zhì)在溫度升高時(shí)體積膨脹，溫度降低時(shí)體積縮小的現(xiàn)象。由于溫度升高，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子間平均距離增大，導(dǎo)致物質(zhì)體積膨脹。熱膨脹在工程建設(shè)中不可忽視，如橋梁、鐵路等都需要考慮熱膨脹的影響。相變物質(zhì)狀態(tài)變化相變是物質(zhì)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程，例如從固態(tài)到液態(tài)，或從液態(tài)到氣態(tài)。熱量吸收或釋放相變通常伴隨著熱量的吸收或釋放，例如，冰融化時(shí)吸收熱量，而水結(jié)冰時(shí)釋放熱量。溫度保持不變在相變過程中，雖然物質(zhì)吸收或釋放熱量，但其溫度保持不變。熔化1固態(tài)2液態(tài)熔化是物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)的過程。固態(tài)物質(zhì)在加熱時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)加劇，克服了固體內(nèi)部的吸引力，使物質(zhì)由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。沸騰1定義液體內(nèi)部和表面同時(shí)發(fā)生劇烈汽化，形成大量氣泡并上升到液面破裂的過程。2條件液體溫度達(dá)到沸點(diǎn)，且液體內(nèi)部氣壓等于外界氣壓。3特征大量氣泡，劇烈汽化，溫度穩(wěn)定。蒸發(fā)1定義液體表面分子獲得足夠能量，克服液體分子間引力，逃逸到氣相的過程。2條件液體表面存在蒸汽壓，低于飽和蒸汽壓。3影響因素溫度、液體表面積、氣流速度。凝固從液態(tài)到固態(tài)凝固是物質(zhì)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的過程，其特點(diǎn)是物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變得更加有序。溫度下降當(dāng)液體溫度降低至其凝固點(diǎn)時(shí)，分子運(yùn)動(dòng)減緩，并開始排列成固體結(jié)構(gòu)。能量釋放凝固過程中，液體釋放能量，稱為凝固熱。凝華1氣態(tài)直接變成固態(tài)2固態(tài)潛熱相變熱物質(zhì)在發(fā)生相變時(shí)吸收或放出的熱量稱為潛熱。熔化熱物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)吸收的熱量稱為熔化熱。汽化熱物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)時(shí)吸收的熱量稱為汽化熱。凝固熱物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)時(shí)放出的熱量稱為凝固熱。氣體的狀態(tài)參量壓強(qiáng)(P)氣體分子對容器壁的撞擊所產(chǎn)生的力，單位為帕斯卡(Pa)。體積(V)氣體所占的空間大小，單位為立方米(m3)。溫度(T)氣體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，單位為開爾文(K)。摩爾數(shù)(n)氣體中所含物質(zhì)的量，單位為摩爾(mol)。氣體狀態(tài)方程1理想氣體狀態(tài)方程描述理想氣體狀態(tài)參數(shù)之間關(guān)系2pV=nRTp為壓強(qiáng)，V為體積，n為摩爾數(shù)，R為氣體常數(shù)，T為溫度3應(yīng)用計(jì)算氣體狀態(tài)變化第一定律能量守恒定律，表明能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，總量保持不變。熱力學(xué)第一定律是能量守恒定律在熱現(xiàn)象中的具體表現(xiàn)形式，它揭示了熱量、功和內(nèi)能之間的關(guān)系。內(nèi)能微觀角度內(nèi)能指的是物體中所有微觀粒子（原子、分子等）的動(dòng)能和勢能的總和。宏觀角度內(nèi)能是物體的一種狀態(tài)量，只與物體的狀態(tài)有關(guān)，與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。功1熱力學(xué)定義功是系統(tǒng)與外界之間能量交換的一種形式，通常指系統(tǒng)在外部力的作用下發(fā)生的位移。2功的計(jì)算功等于力的大小乘以物體在力的方向上移動(dòng)的距離。3功的單位功的單位是焦耳（J）。熱力學(xué)第一定律能量守恒一個(gè)孤立系統(tǒng)的總能量保持不變，能量既不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失。能量轉(zhuǎn)化能量可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但總能量保持不變。熱力學(xué)過程系統(tǒng)在熱力學(xué)過程中，其內(nèi)能的變化等于外界對系統(tǒng)所做的功與系統(tǒng)從外界吸收的熱量的代數(shù)和。能量守恒定律1能量守恒一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)，能量的總量保持不變，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式，而不會(huì)憑空產(chǎn)生或消失。2轉(zhuǎn)化形式能量可以以各種形式存在，例如熱能、機(jī)械能、化學(xué)能和電能，它們之間可以相互轉(zhuǎn)化。3應(yīng)用廣泛能量守恒定律是自然界最基本的法則之一，它在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。熱機(jī)及其效率熱機(jī)定義利用熱能做功的機(jī)器，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。熱機(jī)效率熱機(jī)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效率，由熱機(jī)輸出的功與消耗的熱量之比決定。熱蒸汽機(jī)熱蒸汽機(jī)是一種利用蒸汽膨脹做功的熱機(jī)。它是工業(yè)革命的重要發(fā)明，推動(dòng)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展。蒸汽機(jī)的工