物理学热学物态方程省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、普通物理教程普通物理教程 热学热学杨远贵杨远贵淮北师范大学淮北师范大学第1页1.4 物态方程物态方程 1.4.1 1.4.1 物态方程(物态方程(equation of statesequation of states)o处处于于平平衡衡态态系系统统,只只要要系系统统处处于于某某一一确确定定平平衡衡态态,系统热力学参量也将同时确定。系统热力学参量也将同时确定。o不不论论系系统统状状态态怎怎样样改改变变,给给定定系系统统,处处于于平平衡衡态态各各热力学参量之间存在确定函数关系。热力学参量之间存在确定函数关系。o我我们们把把处处于于平平衡衡态态某某种种物物质质热热力力学学参参量量(如如压压强强、体
2、体积积、温温度度)之之间间所所满满足足函函数数关关系系称称为为物物质质物物态态方方程或称状态方程程或称状态方程。o比比如如化化学学纯纯气气体体、液液体体、固固体体温温度度T Ti i都都可可分分别别由由各各自压强自压强 p pi i 及摩尔体积及摩尔体积V Vi,mi,m来表示,即来表示,即其中其中i i分别表示气、液、固。分别表示气、液、固。第2页 o它们是分别描述气态、液态、固态物态方程。它们是分别描述气态、液态、固态物态方程。o实实际际上上并并不不限限于于气气、液液、固固三三种种情情况况。有有系系统统,即即使使V V、p p不变,温度仍可随其物理量而变。不变,温度仍可随其物理量而变。o比
3、比如如将将金金属属拉拉伸伸,金金属属丝丝温温度度会会升升高高,这这时时即即使使金金属属丝丝压压强强、体体积积均均未未变变,但但其其长长度度L L及及内内部部应应力力F F 都增加,说明金属丝温度都增加,说明金属丝温度T T 是是F F、L L函数函数.o f(F,L,T)f(F,L,T)=0 =0 o该该式式称称为为拉拉伸伸金金属属丝丝物物态态方方程程。还还可可存存在在其其它它各各种种物态方程。物态方程。o物态方程中都显含温度物态方程中都显含温度 T.T.o物态方程常是一些由理论和试验相结合方法定出半物态方程常是一些由理论和试验相结合方法定出半经验公式。经验公式。第3页1.4.2 1.4.2
4、体膨胀系数、体膨胀系数、压缩系数、压强系数、热膨胀现象压缩系数、压强系数、热膨胀现象o(一一)体膨胀系数、压缩系数、压强系数体膨胀系数、压缩系数、压强系数 o状态方程有状态方程有3 3个变量个变量,若某一变量保持不变若某一变量保持不变,其它两个其它两个变量之间能够建立微商关系(这就是偏微商)变量之间能够建立微商关系(这就是偏微商),因而因而可由状态方程求得反应系统主要特征三个系数可由状态方程求得反应系统主要特征三个系数.o(1)(1)等温压缩系数等温压缩系数 因为物质受压时其体积普通总是要缩小因为物质受压时其体积普通总是要缩小,而等温压缩系而等温压缩系数应该大于零,所以有个负号数应该大于零,所
5、以有个负号.第4页(2 2)体膨胀系数)体膨胀系数o它表示在压强不变条件下,单位温度改变所引发它表示在压强不变条件下,单位温度改变所引发体积相对改变体积相对改变.o因因为为物物体体含含有有3 3维维结结构构,在在体体积积增增大大同同时时必必定定伴伴随随有线度增加有线度增加,这一性质是由这一性质是由线膨胀系数线膨胀系数来表示。来表示。第5页 o对于各向同性物质,即各个方向物理性质均相同物质。对于各向同性物质,即各个方向物理性质均相同物质。在一级近似情况下在一级近似情况下,体膨胀系数与线膨胀系数之间有以体膨胀系数与线膨胀系数之间有以下关系下关系 o(3)(3)相对压力系数相对压力系数 V Vo它表
6、示在体积不变条件下,单位温度改变所引发压强相它表示在体积不变条件下,单位温度改变所引发压强相对改变对改变o一个物质系统物态方程准确表示式往往是很复杂一个物质系统物态方程准确表示式往往是很复杂,在热在热学宏观理论中它只能由试验来确定学宏观理论中它只能由试验来确定o由试验来测定一个化学纯物质系统物态方程,经常是经由试验来测定一个化学纯物质系统物态方程,经常是经过测量等温压缩系数、体膨胀系数、相对压力系数过测量等温压缩系数、体膨胀系数、相对压力系数,而而最终得到物态方程最终得到物态方程第6页(二)热膨胀现象(二)热膨胀现象 o岩石被加热以后急剧冷却岩石被加热以后急剧冷却,在强烈收缩过程中岩石会在强烈
7、收缩过程中岩石会出现裂缝。出现裂缝。o多年前兴修都江堰水利工程(现己被列为世界文化多年前兴修都江堰水利工程(现己被列为世界文化遗产)就是利用这种方法凿山开河遗产)就是利用这种方法凿山开河,o热膨胀也是造成岩石侵蚀一个原因热膨胀也是造成岩石侵蚀一个原因 o因为昼夜气温改变大因为昼夜气温改变大,在冬季或者在夏季气候忽冷忽在冬季或者在夏季气候忽冷忽热热,热胀冷缩致使岩石开裂热胀冷缩致使岩石开裂.岩石风化,有甚至最终岩石风化,有甚至最终变成沙漠变成沙漠.第7页热膨胀照片热膨胀照片第8页1.4.2 理想气体物态方程理想气体物态方程(一一)气体试验定律气体试验定律o只只要要在在足足够够宽宽广广温温度度压压
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