《物理热学思维导图》
一、热力学基础
1.1 温度与温标
- 1.1.1 温度的概念:
- 宏观描述：物体冷热程度的量度。
- 微观解释：分子平均平动动能的体现。
- 1.1.2 温标:
- 摄氏温标(℃)：冰水混合物为0℃，标准大气压下沸水为100℃。
- 热力学温标(K)：与分子平均平动动能直接关联，0K为绝对零度。
- 换算关系：T = t + 273.15
- 1.1.3 温度的测量:
- 热力学性质：利用物质随温度变化而改变的物理性质(体积、电阻等)。
- 常见温度计：液体温度计、金属热电阻温度计、热电偶温度计等。
1.2 内能
- 1.2.1 内能的定义:
- 物体内部所有分子动能和分子势能的总和。
- 内能是状态量，只取决于物体的状态(温度、体积等)。
- 1.2.2 内能的影响因素:
- 温度：温度升高，分子运动加剧，动能增加，内能增加。
- 物态：不同物态下，分子势能不同，内能不同。
- 物质的量：物质的量增加，分子数量增加，内能增加。
- 1.2.3 内能的改变方式:
- 做功：对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。
- 热传递：热量从高温物体传递到低温物体，高温物体内能减少，低温物体内能增加。
1.3 热量
- 1.3.1 热量的定义:
- 热传递过程中，内能改变的多少。
- 热量是过程量，只在热传递过程中存在。
- 1.3.2 热量的计算:
- 吸热：Q = cmΔt (c为比热容，m为质量，Δt为温度变化量)。
- 放热：Q = cmΔt
- 1.3.3 热容:
- 物体的温度升高1℃（或1K）所吸收的热量。
- C = Q/ΔT
1.4 比热容
- 1.4.1 比热容的定义:
- 单位质量的某种物质温度升高1℃（或1K）所吸收的热量。
- 比热容是物质的特性，与物质的种类、状态有关。
- 1.4.2 比热容的应用:
- 计算热量。
- 解释自然现象：如沿海地区气温变化比内陆地区小。
1.5 热力学第一定律
- 1.5.1 内容:
- 内能的改变量等于外界对物体做的功加上物体吸收的热量。
- ΔU = Q + W (ΔU为内能变化量，Q为吸收的热量，W为外界对物体做的功)。
- 1.5.2 符号规定:
- 吸收热量：Q > 0；放出热量：Q < 0。
- 外界对物体做功：W > 0；物体对外界做功：W < 0。
- 内能增加：ΔU > 0；内能减少：ΔU < 0。
- 1.5.3 应用:
- 判断内能的变化。
- 分析热力学过程。
1.6 热力学第二定律
- 1.6.1 内容:
- 不可能从单一热源吸收热量并将其全部用来做功，而不引起其他变化。
- 不可能把热从低温物体传到高温物体，而不引起其他变化。
- 1.6.2 意义:
- 说明了热力学过程的不可逆性。
- 揭示了能量转化与利用的局限性。
- 1.6.3 熵:
- 熵是系统混乱程度的量度。
- 孤立系统的熵总是趋于增大。
二、气体
2.1 理想气体
- 2.1.1 理想气体的概念:
- 不考虑分子间作用力的气体。
- 理想气体是物理模型，实际气体在低压、高温下接近理想气体。
- 2.1.2 理想气体状态方程:
- pV = nRT (p为压强，V为体积，n为物质的量，R为理想气体常数，T为热力学温度)。
- 2.1.3 理想气体分子运动论:
- 气体分子做无规则运动。
- 分子间的碰撞是完全弹性的。
- 分子本身的体积与容器的体积相比可以忽略不计。
2.2 气体实验定律
- 2.2.1 玻意耳定律:
- 在温度不变的情况下，一定质量气体的压强与体积成反比。
- p₁V₁ = p₂V₂
- 2.2.2 盖吕萨克定律:
- 在压强不变的情况下，一定质量气体的体积与热力学温度成正比。
- V₁/T₁ = V₂/T₂
- 2.2.3 查理定律:
- 在体积不变的情况下，一定质量气体的压强与热力学温度成正比。
- p₁/T₁ = p₂/T₂
2.3 热力学过程
- 2.3.1 等容过程:
- 体积不变的过程。
- W = 0, ΔU = Q
- 2.3.2 等压过程:
- 压强不变的过程。
- Q = ΔU + W, W = pΔV
- 2.3.3 等温过程:
- 温度不变的过程。
- ΔU = 0, Q = -W
- 2.3.4 绝热过程:
- 与外界没有热量交换的过程。
- Q = 0, ΔU = W
- 常见绝热过程：气体迅速膨胀或压缩。
三、物态变化
3.1 物态
- 3.1.1 固态:
- 有固定的形状和体积。
- 分子间作用力很强。
- 3.1.2 液态:
- 没有固定的形状，但有固定的体积。
- 分子间作用力较强。
- 3.1.3 气态:
- 没有固定的形状和体积。
- 分子间作用力很弱。
3.2 物态变化类型
- 3.2.1 熔化与凝固:
- 熔化：固态变为液态。
- 凝固：液态变为固态。
- 熔化吸热，凝固放热。
- 3.2.2 汽化与液化:
- 汽化：液态变为气态。
- 液化：气态变为液态。
- 汽化吸热，液化放热。
- 3.2.3 升华与凝华:
- 升华：固态直接变为气态。
- 凝华：气态直接变为固态。
- 升华吸热，凝华放热。
3.3 熔点与沸点
- 3.3.1 熔点:
- 晶体熔化时的温度。
- 非晶体没有固定的熔点。
- 3.3.2 沸点:
- 液体沸腾时的温度。
- 沸点随压强增大而升高。
3.4 汽化方式
- 3.4.1 蒸发:
- 液体表面发生的汽化现象。
- 影响因素：温度、表面积、液体上方空气流动速度。
- 3.4.2 沸腾:
- 液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。
- 沸腾的条件：达到沸点，持续吸热。
3.5 湿度
- 3.5.1 绝对湿度:
- 单位体积空气中所含水蒸气的质量。
- 3.5.2 相对湿度:
- 空气中水蒸气的实际压强与同温度下饱和蒸气压的比值。
- 相对湿度越大，蒸发越慢。
四、能量守恒定律
- 4.1 内容:
- 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
- 4.2 应用:
- 热力学过程中的能量转化。
- 其他物理过程中的能量转化。
五、分子动理论
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5.1 分子的性质:
- 分子很小。
- 分子在永不停息地做无规则运动(扩散现象)。
- 分子间存在引力和斥力。
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5.2 布朗运动:
- 悬浮在液体或气体中的微小固体颗粒的无规则运动。
- 反映了液体或气体分子无规则运动。
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5.3 分子势能:
- 分子间相互作用势能，与分子间距离有关。
- 分子间距等于平衡距离时，分子势能最小。
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5.4 分子力与分子间距的关系:
- 分子力随分子间距变化而变化，存在引力和斥力。
- 分子力为零时，分子间距等于平衡距离。