第五章--热学知识

第五章热学知识第五章热学知识§5.1热力学第一定律§5.2气体§5.1热力学第一定律一、分子热运动二、分子间的相互作用三、内能四、热力学第一定律一、分子热运动人们把物体分子的无规则运动叫做分子热运动。分子热运动跟温度有关，温度越高，分子热运动越剧烈。二、分子间的相互作用分子间存在相互作用，且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。三、内能1.分子动能物体里所有分子的动能平均值，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。温度标志了物体分子热运动的平均动能。2.分子势能分子势能是由于分子间相对位置所决定的能量。物体体积改变时，分子间距离改变，分子势能发生改变。分子势能跟物体体积有关。3.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。一切物体都具有内能。物体内能跟温度和体积有关。常温常压下的气体，由于分子间的间距较大，分子间相互作用力很小，完全可忽略分子势能。这时，气体的内能仅与温度有关，这样的气体称为理想气体。四、热力学第一定律1.内能改变（1）做功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。例子：压缩空气点燃棉球。（2）热传递改变物体的内能例子：加热水壶。2.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△U，则△U=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；物体对外界做功，W0。若物体从外界吸热，Q0；物体向外界放热，Q0。若物体内能增加，△U0；物体内能减小，△U0。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△U=Q+W=60+(－80)=－20kJ因为△U0，所以，气体温度下降。§5.2气体一、描述气体状态的物理量二、理想气体状态方程一、描述气体状态的物理量1.温度温度是分子平均动能的标志，它反映了分子热运动的激烈程度。我们常常用温度来反映物体的冷或热。用来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+2732.体积气体体积指气体所充满的容积。在国际单位制中，体积用V表示，它的单位是m3（立方米）。有时还用L（升）或mL（毫升）作单位。1L=1×10－3m31mL=1×10－6m33.压强气体分子做无规则热运动时，会频繁地撞击器壁，而大量分子的撞击便对器壁产生持续的压力。气体的压强指气体作用在器壁单位面积上的压力，用p表示。在国际单位制中，压强的单位是Pa（帕斯卡，简称帕）。1Pa=1N/m2例题如图所示，一端开口的细玻璃管内水银柱高度为40cm，另一端被水银柱封闭着一部分气体。当细玻璃管内分别开口向上或向下竖直放置时，求被水银柱封闭着那部分气体的压强分别是多少？设当地大气压强为1.0×105Pa，水银密度=1.36×104kg/m3。解当细玻璃管内开口向上竖直放置时，气体的压强p=p0+gh=1.0×105+1.36×104×9.8×0.4=1.53×105Pa当细玻璃管内开口向下竖直放置时，气体的压强pˊ=p0－gh=1.0×105－1.36×104×9.8×0.4=4.67×104Pa二、理想气体状态方程大量实验证明，对于一定质量的气体，压强p与体积V成反比，与热力学温度T成正比。用公式表示即或者这叫做理想气体状态方程。恒量TpV111222TVpTVp一定质量的气体，当压强一定时，V/T＝恒量（等压过程）；一定质量的气体，当体积一定时，p/T＝恒量（等容过程）；一定质量的气体，当温度一定时，pV＝恒量（等温过程）。例题在湖面下40m深处，有一温度为7℃，体积为5cm3的气泡升到湖面上，如果湖面温度为27℃，压强为1.0×105Pa，那么它升到湖面时的体积是多少？取g=10m/s2。解气泡在湖面下p1=p0+ρgh=1.0×105+103×10×40=5.0×105Pa，V1=5cm3，T1=273+7=280K。气泡在湖面上p2=p0=1.0×105Pa，T2=273+27=300K。由理想气体状态方程得111222TVpTVp355122112cm8.26280100.13005105TpTVpV