熱現(xiàn)象及應用.ppt

1、第三單元 熱現(xiàn)象及應用,第一章 分子動理論,一、分子動理論,1.物質(zhì)是由大量分子組成的 如圖3-2所示的是用掃描隧道顯微鏡拍攝的溴原子的照片。12個溴原子(橙色)排列成一個環(huán)狀結構的分子。由圖可知，分子有一定的大小，分子間存在空隙，分子的排列有特定的結構。,一、分子動理論,由表3-1可知，除一些有機大分子外，一般物質(zhì)分子直徑的數(shù)量級為10-10m。,一、分子動理論,2.分子永不停息地做無規(guī)則運動 不同物質(zhì)相互接觸時，彼此進入對方的現(xiàn)象叫做擴散。 八月桂花香、醫(yī)院里彌漫著消毒液的味道、一杯清水因滴入一滴墨水而變色、堆過煤的墻壁表層厚厚的煤黑這些都是擴散引起的。不論是氣體分子、液體分子還是固體分子

2、，所有的物質(zhì)分子都是在不停地做無規(guī)則運動。 擴散現(xiàn)象在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有許多用途。,一、分子動理論,3.分子間存在著相互作用力 兩鉛塊間一定存在著某種引力。我們把這種力稱為分子力。 同時，分子間是有空隙的，而且在壓縮液體或固體時需要用很大的力。這說明分子之間還存在著斥力。,一、分子動理論,分子間同時存在著引力和斥力。如圖3-7所示的是分子力與分子間距的關系。 圖中，線1和線3表示分子斥力和分子引力隨間距的變化關系，線2表示它們的合力隨間距的變化關系。,一、分子動理論,由圖可見： 當分子間的距離等于r0時，分子力為0； 當分子間的距離大于r0時，分子力表現(xiàn)為引力； 當分子間的距離小于r0時，分子力表

3、現(xiàn)為斥力； 當分子間的距離超過直徑的10倍時，分子力接近0。,二、溫度,1.溫度 物質(zhì)由分子組成，溫度反映物體的冷熱程度。 墨水在溫度高的水中擴散得快。擴散得快表明分子做無規(guī)則運動劇烈，這說明分子的無規(guī)則運動與溫度有關。通常把分子的無規(guī)則運動稱為熱運動。,二、溫度,做熱運動的分子也具有動能。在熱現(xiàn)象的研究中，關注的是分子動能的平均值，即分子的平均動能。 研究表明，溫度升高，分子的熱運動加劇，分子的平均動能增加；溫度降低，分子熱運動變慢，分子的平均動能減小。 溫度是大量分子做無規(guī)則運動的分子平均動能的標志。這就是溫度的微觀意義。,二、溫度,2.溫標 溫標是為量度物體溫度的高低而對測溫標尺的零點和

4、分度法所作的規(guī)定。只有采用相同的溫標，才能用數(shù)值來比較不同物體的溫度。 常用的是3種溫標，即攝氏溫標、華氏溫標和熱力學溫標。,二、溫度,在日常生活中，一般用攝氏溫標，用t表示，單位是攝氏度()； 在科學研究中，常使用熱力學溫標，用T表示，單位是開爾文(K)。熱力學溫標與攝氏溫標之間的換算關系為：,二、溫度,3.溫度計 溫度計是測溫儀器的總稱。常用的液體溫度計一般有3種：酒精溫度計、水銀溫度計和煤油溫度計。它們都是利用熱脹冷縮的原理制成的。 酒精溫度計 它的工作物質(zhì)是酒精。在標準大氣壓下，酒精凝固點是-114，所以在北方寒冷的季節(jié)通常會使用酒精溫度計來測量溫度。水銀的凝固點是-39，在寒冷地區(qū)會

5、因為氣溫太低而使水銀凝固，無法進行正常的溫度測量。,二、溫度,水銀溫度計 醫(yī)用體溫計的工作物質(zhì)是水銀。由于人體溫度的變化在3542，所以體溫計的刻度通常是3542，每度的范圍又分成10份，因此體溫計可精確到01。一般的水銀溫度計可以測到300以上的高溫。 煤油溫度計 它的工作物質(zhì)是煤油。煤油的沸點一般高于150，凝固點低于-30。煤油溫度計可比酒精溫度計測更高的溫度。,三、氣體的壓強,從分子動理論的觀點看來，氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。 氣體分子的平均動能越大，氣體分子越密，對單位面積器壁產(chǎn)生的壓力就越大，氣體的壓強就越大。 在國際單位制中，壓強的單位是帕斯卡，

6、簡稱帕，符號Pa。,三、氣體的壓強,氣體的壓強用氣壓計來測量，常見的氣壓計有水銀氣壓計、金屬盒氣壓計和電子氣壓計等。 水銀氣壓計是利用托里拆利原理來測定大氣壓的一種裝置。水銀氣壓計準確性高，但體積偏大，易破損，攜帶不方便，一般適用于氣象、教學、科研。,三、氣體的壓強,如圖所示的金屬盒（無液）氣壓計體積小巧、攜帶方便，但準確性略差，一般用在一些只需要顯示氣壓的設備上，如醫(yī)用氧氣瓶、大煤氣罐、空氣壓縮機、爆米花機和鍋爐等。,三、氣體的壓強,目前，一般用電子氣壓計（如圖所示）替代原有的指針式氣壓計。電子氣壓計采用氣壓傳感器和低功耗的電子芯片以及高精密電子器件組成，它的顯著優(yōu)點是操作簡便。,四、熱力學

7、能,1.分子動能和勢能 做熱運動的分子具有的動能叫做分子動能。通過前面的擴散實驗可知，溫度越高，分子熱運動越劇烈，分子平均動能越大。 與此相類似，分子之間存在著分子力，分子之間也有勢能，這種勢能稱為分子勢能。分子勢能的大小與分子間的距離有關。,四、熱力學能,2.熱力學能 物體內(nèi)所有的分子動能和分子勢能的總和，叫做物體的熱力學能。 一切物體都是由永不停息地做無規(guī)則熱運動并且相互作用的分子組成的，因此任何物體都具有熱力學能。,第二章 能量守恒定律,一、熱力學第一定律,1.做功與熱力學能 如圖3-14所示的是空氣壓縮引火儀，里面預先放一小塊浸了乙醚的棉花，用手掌迅速地拍打活塞柄，推動活塞快速向下，可

8、以觀察到棉花燃燒起來了。,一、熱力學第一定律,夏天，手持殺蟲氣霧劑罐噴灑時，能感覺到氣罐變涼。這是因為氣罐內(nèi)的壓縮氣體在噴出過程中膨脹對外做功，氣體的熱力學能減少、溫度降低。 結論，做功可以改變物體的熱力學能。外界對物體做功可以使物體的熱力學能增加，物體對外界做功可以使其熱力學能減少。 柴油機正是利用這個原理工作的。,一、熱力學第一定律,如圖3-15所示，在壓縮沖程中，活塞向上運動壓縮汽缸中的柴油和空氣的混合氣體，使得溫度升高達到混合氣體燃點而發(fā)生燃燒；在做功沖程中，燃燒的氣體溫度急劇升高而膨脹，推動活塞向下運動對外做功。,一、熱力學第一定律,一、熱力學第一定律,2.熱傳遞與熱力學能 熱傳遞的

9、方法有3種：傳導、對流和輻射。 (1) 熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導。 例如： 廚房用的炒鍋是利用熱傳導加熱食物的。因為金屬是熱的良導體，而非金屬是熱的不良導體。炒鍋的手柄用橡膠制成就是為了阻止熱傳導。,一、熱力學第一定律,（2）靠氣體或液體的流動來傳遞熱量的方式叫做對流。 對流是由于溫度不均勻而引起的，一般發(fā)生在氣體、液體這些流體中。地球周圍的大氣，靠近地面的溫度高，高空處溫度低。于是熱空氣上升、冷空氣下降，產(chǎn)生的大氣流動，使得低層大氣與高層大氣發(fā)生了熱量交換，如果引起水汽凝結就可能形成降雨。,一、熱力學第一定律,（3）物體直接向外發(fā)射電磁波形成熱量傳遞

10、的現(xiàn)象叫做熱輻射。 輻射式取暖器，是人們利用加熱燈管的熱輻射來取暖的。太陽的能量是通過輻射傳遞到地球的。太陽能熱水器就是吸收了太陽輻射的熱量。輻射不需要媒介物質(zhì)，可以在真空中傳遞熱量，而傳導和對流都需要介質(zhì)才能傳熱。,一、熱力學第一定律,3.焦耳的實驗 英國物理學家焦耳從1840年開始用了近40年的時間研究做功和熱傳遞對物體熱力學能的影響。 焦耳經(jīng)過反復實驗計算出重物下降過程中所做的機械功和水溫升高所吸收的熱量，確定了做功和熱傳遞這兩種改變物體熱力學能的方法是等價的，并測出功與熱量在數(shù)量上的對應關系。,一、熱力學第一定律,4.熱力學第一定律 既然做功和熱傳遞在改變物體熱力學能方面是等價的，那么

11、當外界既對物體做功，又對物體傳熱時，熱力學能的增加就應該是這兩種方式對熱力學能改變的累加。如果用U表示物體熱力學能的增加量、用Q表示外界對物體熱傳遞的熱量、用W表示外界對物體所做的功，則,一、熱力學第一定律,熱力學第一定律 物體的熱力學能變化量等于外界向它傳遞的熱量與外界對它所做功的和。 在熱力學第一定律中，如果外界向物體傳遞熱量或?qū)λ龉?，則Q為正或W為正；如果物體向外界傳遞熱量或?qū)ν庾龉?，則Q為負或W為負。不論Q和W是正還是負，其變化量總是等于二者之和。,一、熱力學第一定律,【例題3-1】 西藏旅游景區(qū)門口會供應袋裝氧氣，這些氧氣是從高壓氧氣罐中分裝的。如果分裝時氧氣體積膨脹做功30J，同

12、時從周圍空氣中吸收熱量5J，氧氣的熱力學能改變了多少?,二、能量守恒定律,1.能量及相互轉(zhuǎn)化 自然界存在各種不同形式的能，如圖3-18所示。,二、能量守恒定律,不同的能量形式與不同的運動形式相對應，如物體運動具有機械能、分子運動具有熱力學能、電荷運動具有電能等。 不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，摩擦生熱是通過克服摩擦做功將機械能轉(zhuǎn)化為熱力學能；水壺中的水沸騰時水蒸氣頂起壺蓋對外做功，是熱力學能轉(zhuǎn)化為機械能；電流通過電熱絲做功是將電能轉(zhuǎn)化為熱力學能；等等。,二、能量守恒定律,2.能量守恒定律 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能量守恒定律。,二、能量守恒定律,能量守恒定律是自然界中最基本、最普遍的規(guī)律之一。例如，機械能守恒定律是動能與勢能發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能量守恒；熱力學第一定律是熱力學能與其他能量發(fā)生轉(zhuǎn)化時的能