知識點六 平均碰撞頻率與平均自由程
1.平均碰撞頻率
單位時間內,分子與其它分子發生碰撞的平均次數。
2. 平均自由程
平均自由程(l):分子在連續兩次和其它分子發生碰撞之間所通過的自由路程的平均值。
知識點七 內能、功 和 熱量
1. 內能 (重點)
理想氣體的內能由分子的平動以及轉動動能構成,表達式為:
只與溫度有關,是溫度的單值函數。系統內能的增減只與初末溫度相關
2. 功 (重點)
系統體積發生變化時,將伴隨系統對外界或者外界對系統做功
以右圖最簡單情況
導出做功表達式:
系統體積從v1變化到v2過程中,系統對外做功為:
pv圖中,過程曲線底下的面積即為系統對外做的功
注意,做功是過程量,在初末狀態相同的情況下,變化過程中做功可以不同
3. 熱量 (重點)
在功和內能的基礎上可進一步引入熱量的概念。
熱力學系統從外界吸收的熱量定義為:在不做功過程中系統內能的增量
注意:做功過程也可以伴隨著熱量的傳遞
例題:1mol單原子理想氣體從狀態a變化到狀態b,如果不知氣體類型,也不知變化過程,但知道a,b兩狀態的壓p, v,t,則可求出:
a 氣體的功 b 氣體內能的變化
c 氣體傳給外界的熱量
d 氣體的質量
選b
知識點八 熱力學第一定律
熱量、功、內能改變量之間的關系應滿足能量守恒,則應有: (必考)
q=w+ δe
注意符號規定:
從外界吸收熱量 q>0
系統對外界做功 w>0
無限小元過程,有 dq=de+dw
知識點九 熱力學第一定律對理想氣體等值過程的應用
1.等容過程 (重點)
系統體積不變,p—v 圖上用一段平行于p軸的直線表示。
4. 理想氣體熱容量(重點)
摩爾熱容:1mol物質溫度每升高或降低1k所吸收或者放出的熱量。
由于q是過程量,其改變量與t的改變量無固定關系,因過程而異。不同過程中,c是不同的
摩爾定體熱容:定體變化過程中,1mol物質溫度每升高或降低1k所吸收或者放出的熱量。
摩爾定壓熱容:定體變化過程中,1mol物質溫度每升高或降低1k所吸收或者放出的熱量。
知識點十 絕熱過程
1.絕熱過程中的功與內能改變量
絕熱過程是指系統變化過程中
與外界無熱量交換。對應有
對外做功等于內能的減小量
2. 絕熱方程
絕熱過程中,p, v, t 都在變化,兩兩滿足的關系稱為絕熱方程。
推導:
3. 絕熱過程與等溫過程的對比
例題:分析如圖理想氣體三個過程的熱容量的正負
知識點十一 循環過程 熱機效率 制冷系數
1. 循環過程(重點)
一系統或工作物質(簡稱工質),經歷一系列變化后又回到初始狀態的整個過程叫循環過程
循環為準靜態過程,在狀態圖中對應閉合曲線
循環分為正循環(順時針)與逆循環(逆時針)。
例題:高溫熱源是低溫熱源熱力學溫度的n倍,則理想氣體在一次卡諾循環中,傳給低溫熱源的熱量是從高溫熱源吸收的熱量的
知識點十二 熱力學第二定律
自然界中,不是所有滿足能量守恒的過程都能實現。
功熱轉換過程具有方向性
兩種描述:
(1)(熱機)不可能從單一熱源吸收熱量,使它完全轉變為功,而不引起其他變化.
(2)不可能把熱量從低溫物體傳向高溫物體,而不引起其變化
1) 熱量不能自動地從低溫物體傳向高溫物體
2) 若外界有變化,熱量可以從低溫物體傳向高溫物體
知識點十三 可逆過程與不可逆過程
定義:
設在某一過程p中,系統從狀態a變化到狀態b。如果能使系統進行逆向變化,從狀態b回復到初狀態a,而且在回復到初態a時,周圍的一切也都各自恢復原狀,過程p就稱為可逆過程。
如果系統不能回復到原狀態a,或者雖能回復到初態a,但周圍一切不能恢復原狀,那么過程p稱為不可逆過程
典型的不可逆過程
功熱轉換是不可逆的
熱傳導不可逆性
氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不可逆的
含有非平衡因素的過程是不可逆的
例題:“理想氣體和單一熱源接觸做等溫膨脹時,吸收的熱量全部用來對外做功。”對此說法,有如下幾種討論,哪種是正確的:
(a)不違反熱力學第一定律,但違反熱力學第二定律
(b)不違反熱力學第二定律,但違反熱力學第一定律
(c)不違反熱力學第一定律,也不違反熱力學第二定律
(d)違反熱力學第一定律,也違反熱力學第二定律
知識點十四 熱力學第二定律的統計意義
表述:一個不受外界影響的孤立系統,其內部發生的過程,總是由概率小的狀態向概率大的狀態進行,由包含微觀狀態數目少的宏觀狀態向包含微觀狀態數目多的宏觀狀態進行,這是熱力學第二定律的統計意義
知識點十五 熱力學概率與熵
熱力學概率:任何一個宏觀狀態所對應的微觀狀態數稱為該宏觀狀態的熱力學概率用ω表示。 ω越大,宏觀狀態對應的微觀狀態數越多,分子運動的無序性就越大。
熵:用s表示,與ω的關系為s=k lnω,與ω相同,都是系統內分子熱運動無序性的一種量度。