大學(xué)物理熱學(xué)讀書心得

讀《關(guān)于直接利用地球大氣層中的熱和冷的設(shè)想》有感

作為工業(yè)革命標(biāo)志的蒸汽機(jī)的發(fā)明將熱的應(yīng)用提到了一個(gè)新的高度。其中，熱的獲取的來源為化學(xué)物質(zhì)的燃燒（主要是煤炭）。后來發(fā)展到以石油為主體的能源結(jié)構(gòu)。其實(shí)質(zhì)都是利用化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生的熱做功。少數(shù)不依賴化學(xué)物質(zhì)燃燒的方式在今年來才得以較大的發(fā)展，如燃料電池，水電，風(fēng)電以及新能源等。近年來，隨著化學(xué)燃料的消耗加劇和資源總量的減少，人們不得不思考獲得能量的新形式。本文正是在這種基礎(chǔ)之上才得以產(chǎn)生。

作者深入思考了人們習(xí)以為常的熱冷現(xiàn)象。創(chuàng)造性的提出利用大氣層冷熱的設(shè)想。不得不說，在能源消耗殆盡，人類需求無法得到滿足的時(shí)候這是一個(gè)非常有建設(shè)性意義的設(shè)想。其實(shí)，在今天，人類已經(jīng)在間接地利用大氣層的冷熱了，如利用溫差造成的風(fēng)能進(jìn)行發(fā)電等。因此說此篇文章卻有可取之處。

但是我國目前的能源現(xiàn)狀是總量豐富但人均占有量少，資源利用效率低且浪費(fèi)嚴(yán)重。針對(duì)這種現(xiàn)象，現(xiàn)今的主要任務(wù)不應(yīng)單純是尋找替代品，而應(yīng)該積極控制人口（這條好像做得很不錯(cuò)了），改革體制，提高資源開發(fā)利用的效率。并且積極開發(fā)可再生能源，大力發(fā)展水電風(fēng)電等可再生能源才是王道。資源的利用其實(shí)就是一部植物大戰(zhàn)僵尸，開發(fā)新能源就像是種植向日葵或者陽光菇，資源的利用就是購買戰(zhàn)斗物資（豌豆射手，櫻桃炸彈等），人心的貪欲就是僵尸。戰(zhàn)斗物資能夠滿足（滅掉）僵尸的時(shí)候才是勝利。不能只是貪圖保存能源而多種向日葵，也不能為了留地方種射手而忽略了向日葵。只有合理的分配才能更好的發(fā)展。像作者提出的直接利用大氣層中的冷熱屬于種向日葵，而且是屬于初期產(chǎn)量還比較低的哪種。關(guān)于直接利用大氣層中的熱冷的可行性理論上是成立的，但從設(shè)想的提出到理論成熟，實(shí)驗(yàn)的成功和最終的投入生產(chǎn)，造福人類還有很長的路要走。至于是否會(huì)實(shí)現(xiàn)主要看兩件事，人類能否挺過201*和是否有更先進(jìn)，更好的方式取代它。

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大學(xué)物理熱學(xué)部分小結(jié)

通信工程4班胡素奎0706020415

個(gè)人學(xué)習(xí)總結(jié)：大學(xué)物理的熱學(xué)部分還是相對(duì)不是太難的，因?yàn)榕c高中的物理關(guān)聯(lián)很大，

很多概念都是以前接觸過的，但是沒有深入研究，這已經(jīng)給這部分的學(xué)習(xí)帶來了極大的便利。如果說要有什么不同，主要那有如下幾個(gè)方面：

1、研究方法的不一樣：雖然很多內(nèi)容是接觸過的，但是重新學(xué)習(xí)的時(shí)候明顯感覺到不一樣

的是研究方法，隨著其他知識(shí)的累積，尤其是高數(shù)的引入，給物理的學(xué)習(xí)帶來的極大的便利，特別是一些公式的推理過程讓我們更好的了解公式的來由，更好的便于記憶和理解。

2、準(zhǔn)確度的不同：在學(xué)習(xí)過程中，總有些以前的東西對(duì)推翻，因?yàn)橐�考慮的東西越來越多，

微觀的宏觀的等壓的等溫的……這些都告訴我們要全面細(xì)致地學(xué)習(xí)，應(yīng)用的知識(shí)越來越多，要把知識(shí)串成串。

3、學(xué)習(xí)方法的不同：大學(xué)階段的物理學(xué)習(xí)和中學(xué)階段的物理學(xué)習(xí)存在著很大的不同，課少

了，作業(yè)也少了，但是仍然不能放松，畢竟在中學(xué)幾乎每天都在學(xué)物理，所以現(xiàn)在的物理學(xué)習(xí)更需要自己的主動(dòng)和認(rèn)真。

以下是熱學(xué)的一些知識(shí)點(diǎn)的總結(jié)

1.溫度的概念與有關(guān)定義

1)溫度是表征系統(tǒng)熱平衡時(shí)的宏觀狀態(tài)的物理量。2)溫標(biāo)是溫度的數(shù)值表示法。常用的一種溫標(biāo)是攝氏溫標(biāo)，用t表示，其單位為攝氏度（℃）。另一種是熱力學(xué)溫標(biāo)，也叫開爾文溫標(biāo)，用T表示。它的國際單位制中的名稱為開爾文，簡稱K。

熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的換算關(guān)系為：T/K=273.15℃+t

溫度沒有上限，卻有下限。溫度的下限是熱力學(xué)溫標(biāo)的絕對(duì)零度。溫度可以無限接近于0K，但永遠(yuǎn)不能到達(dá)0K。

2.理想氣體的微觀模型與大量氣體的統(tǒng)計(jì)模型。速度分布的特征。

1)為了從氣體動(dòng)理論的觀點(diǎn)出發(fā)，探討理想氣體的宏觀現(xiàn)象，需要建立理想氣體的微觀結(jié)構(gòu)模型�？杉僭O(shè)：

a氣體分子的大小與氣體分子之間的平均距離相比要小得多，因此可以忽略不計(jì)�？蓪⒗硐霘怏w分子看成質(zhì)點(diǎn)。

b分子之間的相互作用力可以忽略。

c分子鍵的相互碰撞以及與器壁的碰撞可以看作完全彈性碰撞。

綜上所述：理想氣體分子可以被看作是自由的，無規(guī)則運(yùn)動(dòng)著的彈性質(zhì)點(diǎn)群。

2）每個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)遵從力學(xué)規(guī)律，而大量分子的熱運(yùn)動(dòng)則遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)規(guī)律告訴我們，可以聽過對(duì)圍觀物理量求平均值的方法得到宏觀物理量。氣體的宏觀參量（溫度、壓強(qiáng)等）是氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的為管理的統(tǒng)計(jì)平均值。

3.理想氣體狀態(tài)方程與應(yīng)用

當(dāng)質(zhì)量一定的氣體處于平衡態(tài)時(shí)，其三個(gè)狀態(tài)參數(shù)P、V、T并不相互獨(dú)立，二十存在一定的關(guān)系，其表達(dá)式稱為氣體的狀態(tài)方程f（P，V，T）=0最終得：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)：

pVTpVmMpVTRT。此式稱為理想氣體的狀態(tài)方程。

。R=8.31Jmol-1K-1，稱為摩爾氣體常量。

設(shè)一定理想氣體的分子質(zhì)量為m0，分子數(shù)為N，并以NA表示阿伏伽德羅常數(shù)，可得：pmRTMVNm0RTNAm0VNRVNAT

得：pnkT，為分子數(shù)密度，可謂玻耳曼常量，值為1.38×10-23JK-1.這也是理想氣體的狀態(tài)方程，多用于計(jì)算氣體的分子數(shù)密度，以及與它相關(guān)的其它物理量。

4、理想氣體的壓強(qiáng)與公式推導(dǎo)的思路

dFpdIdtinim0vixdtdSdt2dFdSm02i2nivix2pm0nvxpm0np23nv3k23n(12

m0v2)壓強(qiáng)p是描述氣體狀態(tài)的宏觀物理量。壓強(qiáng)的微觀意義是大量氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)施予器壁單位面積上的平均沖量，離開了大量和平均的概念，壓強(qiáng)就失去了意義。

5、速率分布函數(shù)的定義與應(yīng)用。三個(gè)統(tǒng)計(jì)速率與應(yīng)用。

1)

f(v)limNNvv0dNNdv，f（v）稱為速率分布函數(shù)。其物理意義為：速率v

附近單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)與總分子數(shù)的比。或者說速率在v附近單位速率區(qū)間內(nèi)的分子出現(xiàn)的概率。2)三個(gè)統(tǒng)計(jì)速率a.平均速率vdNv0N0vf(v)dv8kTm08RTM1.60RTM

b.方均根速率

v2vv2dNN20v2f(v)dvRTM3kTM

1.73C.最概然速率

與分布函數(shù)f(v)的極大值相對(duì)應(yīng)的速率稱為最概然速率，其物理意義為：在平衡態(tài)條件下，理想氣體分子速率分布在v附近的單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占?xì)怏w總分子數(shù)的百分比最大。

pvp2kTm02RTM1.41RTM

6、真實(shí)氣體的狀態(tài)方程修正的兩個(gè)因素。氣體液化的規(guī)律

真實(shí)氣體不能忽略分子固有體積和忽略除碰撞外的分子之間相互作用這兩個(gè)因素。

7、能量均分定理與理想氣體內(nèi)能計(jì)算。

1)分子的平均平動(dòng)動(dòng)能在每一個(gè)平動(dòng)自由度上分配了同樣了相同的能量KT/2.稱為能量均分定理，可表述為：在溫度為T的平衡態(tài)下，物質(zhì)分子的每個(gè)自由度都具有相同的平動(dòng)動(dòng)能，其值為

12kT。

2)設(shè)某種理想氣體的分子有i個(gè)自由度，則1mol理想氣體的內(nèi)能為

ENA(i2kT)i2RT

i2RT質(zhì)量為m，摩爾質(zhì)量為M的理想氣體的內(nèi)能為E

mM8、熱力學(xué)第一定律與應(yīng)用

系統(tǒng)從外界吸收熱量Q，一部分用來改變內(nèi)能，一部分用來對(duì)外做功，根據(jù)能量守恒定律：QEW，微分形式：dQdEdW。注意：

①Q(mào)、ΔE、W的符號(hào)規(guī)定。系統(tǒng)從外界吸熱則Q＞0（為正），放熱反之。內(nèi)能增加ΔE＞0，內(nèi)能減少反之。系統(tǒng)對(duì)外做功W＞0，外界對(duì)系統(tǒng)做功反之。

②熱力學(xué)第一定律表明，不從外界吸收能量而使其永不停息地做功的機(jī)器不存在，即第一類永動(dòng)機(jī)不可能制成。

9、平衡態(tài)與準(zhǔn)靜態(tài)過程

(1)平衡態(tài)

對(duì)于一個(gè)孤立系統(tǒng)而言，如果其宏觀性質(zhì)在經(jīng)過充分長的時(shí)間后保持不不變，也就是系統(tǒng)的狀態(tài)參量并不再隨時(shí)間改變，則此時(shí)系統(tǒng)所處的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)其內(nèi)部無定向的粒子流動(dòng)和能量的流動(dòng)，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變，但組成系統(tǒng)的微觀粒子處于永恒不停的運(yùn)動(dòng)之中，因此，平衡態(tài)實(shí)際上是熱動(dòng)平衡態(tài)，也是一種理想狀態(tài)。絕對(duì)的平衡態(tài)是不存在的。

系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)具有以下特點(diǎn)：①由于氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)和頻率碰撞，系統(tǒng)各部分的密度、溫度、壓強(qiáng)等趨于均勻。②分子沿各個(gè)方向上運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等。(2)準(zhǔn)靜態(tài)過程

熱力學(xué)系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)到另一個(gè)平衡態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，每瞬時(shí)系統(tǒng)的中間態(tài)都無限接近于平衡態(tài)，則此過程為準(zhǔn)靜態(tài)過程。

準(zhǔn)靜態(tài)過程又稱平衡過程，是一種理想化的抽象，實(shí)際過程只能接近準(zhǔn)靜態(tài)過程。

理想氣體的準(zhǔn)靜態(tài)過程可以用p-v圖上一條曲線表示，圖上任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)平衡態(tài)，任意一條曲線對(duì)應(yīng)于一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)過程。但圖上無法表示非準(zhǔn)靜態(tài)過程。10.氣體比熱容

在熱量傳遞的某個(gè)微過程中，熱力學(xué)系統(tǒng)吸收熱量dQ，溫度升高了dT，則定義

CdQdT，為系統(tǒng)在該過程中的熱容。由于熱容與系統(tǒng)的質(zhì)量有關(guān)，因此把單位質(zhì)量的熱容

稱為比熱容，記作c，其單位為JK-1-1.設(shè)系統(tǒng)的質(zhì)量為m，則有C=mc。

11、理想氣體的定體摩爾熱容量、定壓摩爾熱容量以及兩者之間的關(guān)系。1)理想氣體的定體摩爾熱容2）理想氣體的定壓摩爾熱容

12.絕熱過程的過程方程推導(dǎo)。在絕熱過程中dQ=0，所以有ΔE+W=0，

絕熱過程中內(nèi)能的變化與過程無關(guān)，則系統(tǒng)所做的功可以表示為

WQEmiM2R(T2T1)CV,mMmMm((dQdT)Vi2i2R

Cp,mdQdT)p(1)R

根據(jù)熱力學(xué)其一定律，理想氣體進(jìn)行絕熱膨脹的微過程可表示為

pdVmMmMCV,mdT

兩邊求微分并整理得

pdVVdpRdT

dppdVV0因?yàn)镃p,mCV,mR,Cp,m/CV,m,所以上式可改寫為對(duì)上式積分得pV

C1

13循環(huán)過程的特點(diǎn)，功熱之間的關(guān)系。效率的定義與計(jì)算。卡諾循環(huán)的效率的證明與應(yīng)用。

1)循環(huán)過程

循環(huán)過程指系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列狀態(tài)變化以后，又回到原來狀態(tài)的過程。循環(huán)過程特點(diǎn)：

①系統(tǒng)經(jīng)歷一循環(huán)后內(nèi)能不變。

②準(zhǔn)靜態(tài)過程構(gòu)成的循環(huán)，在p-V圖上可用一閉合曲線表示。循環(huán)過程沿順時(shí)針方向進(jìn)③系統(tǒng)對(duì)外所做的凈功為正，這樣的循環(huán)稱為正循環(huán)。反之為逆循環(huán)。2）熱機(jī)效率：WQ11Q2Q1

Q1表示循環(huán)過程中從外界吸收的總熱量。Q2表示循環(huán)過程中從外界放出的總熱量。w表示系統(tǒng)對(duì)外做的凈功，WQ2WQ1Q2。

制冷系數(shù)：在一次循環(huán)中，制冷機(jī)從低溫?zé)嵩次�取的熱量與外界做功之比，即

eQ2Q1Q2

3）卡諾循環(huán)：由兩條等溫線和兩條絕熱線所組成的過程稱為卡諾循環(huán)�？ㄖZ循環(huán)是一種理想循環(huán)。卡諾機(jī)工作在高溫?zé)嵩碩1和低溫?zé)嵩碩2之間。卡諾循環(huán)效率最高，卡諾循環(huán)的制冷系數(shù)e=T2／(T1-T2)

1T2/T1�？ㄖZ循

環(huán)指出了理論上提高熱機(jī)效率的途徑。由于T1≠∞，T2≠0，因此卡諾循環(huán)的效率永遠(yuǎn)小于1.

14、可逆過程與不可逆過程（1）可逆過程與不可逆過程

如果一個(gè)系統(tǒng)從某一狀態(tài)經(jīng)過一個(gè)過程到達(dá)另一個(gè)狀態(tài)，并且一般在系統(tǒng)狀態(tài)變化的同時(shí)對(duì)外界會(huì)產(chǎn)生影響，而若存在另一過程，使系統(tǒng)逆向重復(fù)原過程的每一狀態(tài)而回到原來的狀態(tài)，并同時(shí)消除了原過程對(duì)外界引起的一切影響，則原來的過程稱為可逆過程。反之，如果系統(tǒng)不能重復(fù)原過程每一狀態(tài)回復(fù)到初態(tài)，或者雖然可以復(fù)原，但不能消除原過程在外界產(chǎn)生的影響，這樣的過程稱為不可逆過程。15、熱力學(xué)第二定律：（1）經(jīng)典敘述；（2）第二定律的實(shí)質(zhì)；（3）第二定律的微觀意義；（4）第二定律的統(tǒng)計(jì)意義；（5）熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)公式；

（1）熱力學(xué)定律的兩種表述

開爾文表述：不可能制成這樣一種熱機(jī)，它只從單一熱源吸取熱量，并將其完全轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫墓Χ�不產(chǎn)生其他影響。

克勞修斯表述：不可能把熱從低溫物體傳到高溫物體而不產(chǎn)生其他影響。（2）熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)是一切自然過程都是不可逆的。（3）熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計(jì)意義

一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生的過程，總是由包含微觀狀態(tài)數(shù)少的宏觀狀態(tài)向包含微觀狀態(tài)數(shù)多的宏觀狀態(tài)的方向進(jìn)行，即由熱力學(xué)幾率少的宏觀態(tài)向熱力學(xué)幾率大的宏觀態(tài)進(jìn)行。（4）熱力學(xué)第二定律的微觀意義

一切自然過程總是沿著無序性增大的方向進(jìn)行

（5）熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式ΔS≥0

熵與熱力學(xué)概率，熵的計(jì)算方法；熵增加原理1)熵是組成系統(tǒng)的微觀粒子的無序性的量度。

熵既然是為了描述過程的不可逆過程性而引入的，那么它應(yīng)該與宏觀態(tài)所包含的微觀態(tài)數(shù)目有關(guān)，波爾茲曼關(guān)系式：S=kΩ，其中Ω為熱力學(xué)概率。2)

波爾茲曼關(guān)系式：S=kΩ

SBAdQT，熱力學(xué)系統(tǒng)從初態(tài)A變化到末態(tài)B，在任意一個(gè)可逆過程中，其熵變等

于該過程中熱溫比dQ/T的積分；而在任意一個(gè)不可逆過程中，其熵變大于該過程中熱溫比dQ/T的積分。3)

孤立系統(tǒng)中發(fā)生的一切不可逆過程都將導(dǎo)致系統(tǒng)熵的增加；而在孤立系統(tǒng)中發(fā)生的一切可逆過程，系統(tǒng)的熵保持不變。這一結(jié)論稱為熵增加原理。

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