第7章--热学知识

第7章热学知识7.1分子动理论一、物体是由大量分子组成的二、分子的热运动三、分子间的相互作用力四、分子动理论一、物体是由大量分子组成的物体是由大量分子组成的。据估算，1cm3的空气中大约有1022～1023个分子，这可是一个惊人的数字。实验研究表明，若把分子看成球形，它的直径大约是10-10m。可见，分子是极其微小的。不但用肉眼无法直接看到它们，就是用高倍光学显微镜也看不到。二、分子的热运动1．扩散实验表明，不同物质相互接触时，能够彼此进入对方。物理学中，把这种现象叫扩散。2．布朗运动悬浮微粒在不停地做无规则运动，这是1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉时发现的。人们就把悬浮微粒的这种运动叫做布朗运动。3．热运动扩散现象和布朗运动实验表明，一切物质的分子都在一刻不停地做无规则的运动，温度越高，运动越剧烈。我们把这种运动叫做热运动。三、分子间的相互作用力研究表明：分子间同时存在吸引力和排斥力，它们的大小都跟分子间的距离有关一般说来，当分子间的距离大于10倍的分子直径时，分子间的相互作用力可近似认为等于零。分子不停地做无规则运动并发生相互作用，决定着物质的三种基本形态：固态、液态和气态。四、分子动理论物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着引力和斥力。这就是分子动理论的主要内容。7.2物体的内能一、分子动能温度二、分子势能三、内能一、分子动能温度1．分子动能物体里所有分子的动能平均值，这个平均值叫做分子的平均动能。温度越高，分子热运动越剧烈，分子的平均动能就越大。2．温度温度是物体分子热运动的平均动能的标志。要确定物体的温度高低的标准，即温标。常见的温标有两种，摄氏温标和热力学温标摄氏温度用t表示，单位是℃（摄氏度）；热力学温度用T表示，单位是K（开尔文）热力学温度和摄氏温度之间的数量关系是T=t+273例如，摄氏温度t=0℃，用热力学温度表示T=273K；热力学温度为T=0K，用摄氏温度表示t=-273℃。二、分子势能由于分子间相对位置所决定的能量，称为分子势能。物体体积改变时，分子间距离改变，分子势能也发生改变。分子势能跟物体体积有关。三、内能物体中所有分子的动能和势能的总和叫做物体的内能。任何物体都具有内能。物体内能跟温度和体积有关系。温度升高时，分子动能增加，物体内能增加。体积变化时，分子势能变化，物体内能发生变化。7.3热学第一定律一、改变内容的两种方式二、热学第一定律三、能量守衡定律一、改变内能的两种方式1．做功做功能够改变物体的内能。例如锉削工件时，工件和锉刀会发热。锯割木头时，锯条和木头会发热。用砂轮磨刀具时，砂轮和刀具也会发热。实验如下图所示，将一小块浸过乙醚的棉花团放入一个坚固的玻璃筒的底部，快速压下活塞，对筒内气体做功，气体内能迅速增加，气体温度升高，可以观察到，空气被压缩后棉花燃烧起来。2．热传递热传递是改变物体内能的又一种方式。例如炉子上的一壶水，经加热温度越来越高；离开炉子后，一会儿水又变凉了。热传递的方式有三种，即热传导、热对流和热辐射。二、热力学第一定律1．热力学第一定律设外界对物体做功为W，外界传递给物体的热量为Q，物体内能的改变量为ΔU，则ΔU=Q+W上式可表述为：物体内能的改变量等于外界传递给物体的热量和外界对物体做功的和。这种用来表示做功、热量及内能三者关系的就是热力学第一定律。2．表达式中各物理量的正负号规定若外界对物体做功，W0，W取正号；物体对外界做功，W0，W取负号；若物体从外界吸热，Q0，Q取正号；物体向外界放热，Q0，Q取负号；若物体内能增加，ΔU0，ΔU取正号；物体内能减小，ΔU0，ΔU取负号。例题一定量的理想气体从外界吸热60kJ，同时对外作功80kJ，物体内能改变了多少？温度升高还是降低？解根据热力学第一定律有ΔU=Q+W=60+(-80)kJ=-20kJ因为ΔU0，所以，气体温度下降。三、能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。在转化或转移过程中，其总量不变。这就是能量守恒定律。7.4固体液体一、晶体非晶体二、单晶体多晶体三、液体四、液晶一、晶体非晶体固体可分为晶体、非晶体两类晶体都具有规则的几何形状。如下图所示，食盐的晶体呈立方体，石英的晶体中部呈六棱柱，两头呈六面棱锥，明矾的晶体呈正八面体。冬季的雪花，是水蒸汽在空气中凝固时形成的冰晶体，一般呈六角形。非晶体没有天然而规则的几何形状。在物理性质方面，晶体和非晶体有所不同。晶体的一些物理性质表现为各向异性，而非晶体的物理性质表现为各向同性。物理学中，把物理性质与方向有关的特性，叫做各向异性，而把物理性质与方向无关的特性，叫做各向同性。二、单晶体多晶体1．单晶体如果整个一个物体就是一个晶体，就叫做单晶体，如食盐小颗粒、天然水晶等。2．多晶体如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体。如常见的金属，许多小颗粒粘在一起的食盐块等。与非晶体一样，多晶体不显示各向异性，但与晶体一样，有确定的熔点。三、液晶一些有机化合物在一定温度下，呈现出介于固态和液体之间的中间状态。这种状态下的物质，一方面像液体，具有流动性，另一方面又像晶体，分子在特定方向排列整齐，显示各向异性。人们把这种状态的物质叫做液晶态，把处于这种状态下的物质叫做液晶。固态、液晶态、液态的分子排列示意图液晶分子排列是不稳定的，当外界电场、磁场、温度、压力等发生变化时，液晶分子的排列也会发生变化，从而改变液晶的某些性质。液晶在电子、航空、生物、医学等领域获得了广泛的应用。