2022-2023学年高二物理竞赛课件：功及其相关物理量

1 功及其相关物理量 2 过程： 过程: 指热力学系统状态的变化。 系统不处于平衡态时，过程一定发生。 系统处于平衡态时，必须改变外界条件，过程才会发生。 闭系的作用分为热交换、功。对开系则还有物质的交换。 3 1. 准静态过程（Quasi-static process） 准静态过程：进行的非常缓慢的过程，系统在过程中经历的每一个状态都可以看作平衡态，是理想的极限概念。 准静态过程的性质： ⑴ 无摩擦力的准静态过程：外界的作用力可用系统的状态参量描述。 ⑵ 有摩擦力的准静态过程：外界的作用力不可用系统的状态参量描述。 ——非准静态过程，系统的平衡态受到破坏。 4 研究准静态过程中外界对系统所作的功： P P dx a 如果系统在准静态过程中体积改变有限，由VA变到VB ，则 4 今后提到的准静态过程，均指没有摩擦力的准静态过程。 当系统的体积收缩时，外界对系统所作的功为正值； 当系统的体积膨胀时，外界对系统所作的功为负值 5 图中的一点确定一组（V, P）值，相应于简单系统的一个平衡态。一个准静态过程可以用图上的一条曲线代表（一系列平衡态组成）。 外界在准静态 过程中对系统所作的功等于P-V图中曲线P = P(V)下方面积值。 外界对系统所作的功与过程有关。 准静态过程是一个理想化的概念，但是许多实际过程接近准静态。 V P A I II B 6 2. 液体薄膜的表面积功： 7 3. 电介质极化功 两个平行板组成的电容器内充满电介质，两板的电势差为U，当电容器的电荷增量为dq时，外界作功 dW=Udq ρ：电容器的面电荷密度，A：平行板面积，l 两极之间的距离，E：电介质中的电场强度， dq=Adρ，El=U 所以： dW=Udq=El Adρ=VEdρ V=Al 电介质的体积。 8 电磁学的高斯定律ρ=D D：电位移 dW=VEdD D=oE+P o：真空介电常数8.854 10-12Fm-1, P：电极化强度。 激发电场的功，使介质极化的功 9 4. 广义功 在准静态过程中外界对系统所做的功： yi称为外参量，Yi是与yi相应的广义力。 10 广延量：与系统的质量或者摩尔数成正比，可叠加。 如：质量M、摩尔数n、体积V 强度量：与系统的质量或摩尔数无关。 如：压强P、温度T、磁场强度H 广延量除以质量、物质的量或体积可成为强度量。 c=C/M, Vm=V/n, ρ=M/V 均匀系统的热力学量分为两类： 广延量 强度量 5. 广延量和强度量 Brown运动理论 　简介 　Brown粒子位移的方均值 　Brown运动与扩散的关系 　简单应用 1927年，英国植物学家Brown在用显微镜观察浮在水中的植物花粉时，发现这些颗粒不停地作无规则运动．这种运动称为Brown运动，作运动的粒子称为Brown粒子． 　　 Brown运动实质上是周围分子无规则运动的反映．而且，由于观测是在宏观短而微观长的时间内进行的，因此实际上观测到的是Brown粒子的一种平均运动， Brown粒子的位移只是一种剩余的涨落． Brown运动在科学技术上具有重大的意义． 简介 Brown粒子位移的方均值 　 为简单起见，只讨论Brown粒子的运动在一个水平方向的投影，且假设不存在外场．设Brown粒子的质量为 m，在时刻 t，微粒的坐标为 x(t)．周围分子对Brown碰撞的净作用力为 F(t). Langevin将 F(t) 分解成两部分 其中 F‘(t) 相当于周围分子对静止的Brown粒子的碰撞作用力; F“(t) 是由于当Brown粒子以速度 v 运动时，在其前进方向上将与更多的分子相碰撞而受到的附加阻力，当 v 不大时，阻力的大小与速度 v 成正比，即 F(t) = F'(t) + F"(t) $