朱卫华《大学物理》热学课件.ppt

大学物理热学热学是物理学的一个重要分支，研究热现象及其规律。热学主要研究温度、热量、比热容、热传递、热力学、统计物理等概念和原理。

热学的研究对象热现象温度、热量、比热容等物质的微观结构原子、分子、运动、相互作用能量的转换与守恒热能、机械能、电能、光能等热力学定律热力学第一定律、第二定律、第三定律

热学的基本概念1温度温度反映物体的冷热程度，是物质分子平均动能的反映。2热量热量是能量的一种形式，表示物体间温度差导致的能量传递。3内能内能是物体内部所有微观粒子动能和势能的总和。4热力学热力学是研究热现象的规律及其应用的学科，包括热力学定律、热力学函数等。

温度的定义与测量1温度的定义温度是物体冷热程度的标志。温度是宏观物质的热力学性质，反映了物质内部微观粒子热运动的剧烈程度，微观粒子热运动越剧烈，温度越高，反之，则温度越低。2温度的测量温度测量是通过温度计来实现的，利用物质的热胀冷缩性质，通过测定物质的体积变化来确定温度。3温度计的种类常用的温度计有液体温度计、气体温度计、热电偶等。液体温度计以液体体积变化来测量温度，气体温度计以气体压强变化来测量温度，热电偶是利用两种金属材料的热电效应来测量温度。

温标的建立摄氏温标摄氏温标，以冰点为0度，沸点为100度，在100度之间等分为100个刻度。这是最常用的温标之一，在日常生活中使用广泛。华氏温标华氏温标，以冰点为32度，沸点为212度，在180度之间等分为180个刻度。在美国等少数国家使用。绝对温标绝对温标，以热力学零度为起点，在100度之间等分为100个刻度。它是热力学中的重要温标，方便计算和分析热力学现象。

热平衡与温度测量热平衡状态当两个物体相互接触达到热平衡状态时，它们的温度相同。温度计温度计是利用物质热膨胀的特性来测量温度的仪器。测量方法将温度计与待测物体充分接触，待温度计的读数稳定后，读取温度计上的数值。热平衡应用热平衡原理在许多领域有应用，例如温度测量、热力学研究等。

热量的概念与单位热量定义热量是物体间由于温度差而传递的能量。它可以从高温物体传递到低温物体，也可以从低温物体传递到高温物体。热量传递的方向取决于物体间的温差。热量单位热量的单位是焦耳（J），它是国际单位制中能量的单位。此外，卡路里（cal）也是常用的热量单位，1卡路里等于4.184焦耳。

内能的概念能量总和内能指物体内部所有微观粒子（原子或分子）的动能和势能的总和。微观粒子运动内能与物体温度、体积和状态有关。能量形式内能无法直接测量，只能通过变化量来体现。

热量与内能的关系热量是能量的一种形式，可以从一个物体转移到另一个物体，也可以转化为其他形式的能量，例如机械能。内能是物体内部所有粒子运动的总能量，包括动能和势能。内能的变化可以由热量传递或做功引起。热量内能能量的一种形式，可以转移物体内部粒子总能量通过热传递改变通过热传递或做功改变

第一定律：热量、功和内能的关系热力学第一定律是能量守恒定律在热学中的具体体现，它描述了热量、功和内能之间的关系。1热量物体间温度差引起的能量传递2功外力对物体做的功3内能物体内部所有分子运动的总能量热量、功和内能之间存在着相互转化关系，热量可以转化为内能，也可以转化为功。反之亦然。

定压、定积过程中内能的变化1定压过程压力不变，体积变化2定积过程体积不变，压力变化3内能变化与热量和做功有关定压过程，气体体积膨胀，对外做功，内能减少。定积过程，气体吸收热量，内能增加。

比热容的概念及测量比热容是指单位质量的物质温度升高1摄氏度所需的热量。比热容是物质的一种特性，与物质的种类、状态和温度有关。比热容可以通过实验测量得到，常用的方法是量热法。

热量传导的基本规律1傅里叶定律热量传导速率与温度梯度成正比，与传热面积成正比，与材料的热导率成正比。2稳态热传导当热量传导达到稳定状态时，物体各部分的温度保持不变。3非稳态热传导当热量传导过程处于非稳定状态时，物体各部分的温度随时间变化。

热量传导的应用热量传导是日常生活中常见的现象，例如用火炉加热水壶，热量从火炉传导到水壶，再传导到水。热量传导也是工业生产的重要应用，例如锅炉、热交换器等设备，都是利用热量传导原理来进行热量传递。

对流换热的基本规律热气球升空热气球的升空依靠热空气膨胀上升，利用热空气密度比冷空气低的原理。暖气片散热暖气片散热利用暖气片周围的空气受热上升，冷空气补充进来，形成对流循环，传递热量。海风吹拂海风是陆地和海洋之间温度差异产生的对流，白天陆地温度高，空气上升，海洋上空空气补充进来，形成海风。

对流换热的应用对流换热是自然界和工程技术领域中常见的传热方式。例如，风力发电利用空气流动进行能量转换，散热器利用空气流动带走热量，暖气片利用对流原理使房间更暖和。生活中，常见的对流