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1、温度和温标温度和温标 制作人：时间：2024年X月CATALOGUE目录目录第第1 1章章 温度和温标温度和温标第第2 2章章 传热与传热机理传热与传热机理第第3 3章章 热力学第一定律热力学第一定律第第4 4章章 热力学第二定律热力学第二定律第第5 5章章 热力学第三定律热力学第三定律第第6 6章章 应用实例应用实例第第7 7章章 结语结语第第8 8章章 参考文献参考文献 0101第第1章章 温度和温温度和温标标 温度和温标的概温度和温标的概温度和温标的概温度和温标的概念念念念温度是物体分子热运动的强弱程度的一种表示方式，通常温度是物体分子热运动的强弱程度的一种表示方式，通常用摄氏度、华氏度
2、、开尔文等温标进行表示。不同温标之用摄氏度、华氏度、开尔文等温标进行表示。不同温标之间可以通过一定的转换公式进行换算。间可以通过一定的转换公式进行换算。摄氏度与开尔文摄氏度与开尔文摄氏度与开尔文摄氏度与开尔文K=C+273.15K=C+273.15C=K-273.15C=K-273.15 不同温标的转换公式不同温标的转换公式摄氏度与华氏度摄氏度与华氏度摄氏度与华氏度摄氏度与华氏度C (F-32)5/9C (F-32)5/9F=C 9/5+32F=C 9/5+32热膨胀测温法热膨胀测温法物质温度升高时，体积也随之增大原理原理常用于测量液体和固体的温度应用应用受到环境因素的影响较大缺点缺点 两种金
3、属的电动势与温度有关系原理原理0103精度高，适用范围广优点优点02常用于高温物质的测温应用应用辐射测温法辐射测温法物体温度越高，辐射能越强原理原理常用于高温物体的无接触测温应用应用受到目标表面的反射和散射影响较大缺点缺点 理想气体状态方理想气体状态方理想气体状态方理想气体状态方程与绝对温度标程与绝对温度标程与绝对温度标程与绝对温度标度度度度理想气体状态方程可以描述温度、压强、体积和物质量之理想气体状态方程可以描述温度、压强、体积和物质量之间的关系。绝对温度标度是以绝对零度为零点的温度标度，间的关系。绝对温度标度是以绝对零度为零点的温度标度，是热力学计算中常用的温标。是热力学计算中常用的温标。
4、含义含义含义含义P P：气体压力：气体压力V V：气体体积：气体体积n n：物质量：物质量R R：气体常数：气体常数T T：温度：温度 理想气体状态方程的推导理想气体状态方程的推导方程式方程式方程式方程式PV=nRTPV=nRT绝对温度标度的定义及应用绝对温度标度的定义及应用以绝对零度为零点的温度标度定义定义热力学计算中常用的温度单位应用应用K=C+273.15转换转换 热力学温标的定义及应用热力学温标的定义及应用以热力学第三定律为基础的温度标度定义定义在热力学计算中常用的温度标度应用应用T/100=log-a+b+c-d+转换转换 0202第第2章章 传热传热与与传热传热机理机理 传热的基本
5、概念传热的基本概念传热的基本概念传热的基本概念传热是物质内部热量通过热量传递方式从一个区域传到另传热是物质内部热量通过热量传递方式从一个区域传到另一个区域的过程。传热方式有热传导、对流传热、辐射传一个区域的过程。传热方式有热传导、对流传热、辐射传热。传热系数是反映热量传递能力的物理量，可以通过计热。传热系数是反映热量传递能力的物理量，可以通过计算得到。算得到。热传导的机理热传导的机理热传导是由物质内部分子的能量传递引起的。分子间的碰撞可以传递能量，热量从高温区域流向低温区域。物理机理物理机理热传导定律描述了热量传递的规律，可以通过计算来推导出热传导现象。热传导定律的热传导定律的推导及应用推导及
6、应用可以通过计算热传导系数和温度差来计算热传导速率。计算方法计算方法 通过流体的对流运动，高温区域的热量可以传递到低温区域。物理机理物理机理0103可以通过流体速度、密度、温度差等参数来计算传热系数。计算方法计算方法02边界层是指流体靠近表面的区域，在这个区域内流体速度逐渐减小。边界层理论可以用来计算传热系数。边界层理论边界层理论黑体辐射定律黑体辐射定律黑体辐射定律黑体辐射定律黑体是指能够完全吸收所有辐射并且呈现出黑体是指能够完全吸收所有辐射并且呈现出完美黑色的物体。完美黑色的物体。黑体辐射定律描述了黑体辐射强度随波长的黑体辐射定律描述了黑体辐射强度随波长的变化规律。变化规律。计算方法计算方法
7、计算方法计算方法可以通过物体的表面温度、表可以通过物体的表面温度、表面形状等参数来计算辐射传热面形状等参数来计算辐射传热系数。系数。与与与与其其其其他他他他传传传传热热热热方方方方式式式式的的的的比比比比较较较较辐射传热不需要介质，可以在真空中传递辐射传热不需要介质，可以在真空中传递热量。热量。辐射传热的传热速率与温度差的四次方成辐射传热的传热速率与温度差的四次方成正比，因此温度差较大时辐射传热的作用正比，因此温度差较大时辐射传热的作用会更大。会更大。辐射传热的机理辐射传热的机理物理机理物理机理物理机理物理机理辐射传热是一种通过电磁波辐射传递热量的方辐射传热是一种通过电磁波辐射传递热量的方式。
8、式。热辐射是由物质内部的原子或分子的振动、旋热辐射是由物质内部的原子或分子的振动、旋转等运动引起的电磁波辐射。转等运动引起的电磁波辐射。总结总结传热是物质内部热量通过热量传递方式从一个区域传到另一个区域的过程。常见的传热方式有热传导、对流传热、辐射传热。传热系数是反映热量传递能力的物理量，可以通过计算得到。深入了解传热机理和计算方法可以帮助我们更好地理解热力学和热工学的相关概念。传热要点传热要点热传导、对流传热、辐射传热的定义及区别，传热系数的计算方法。掌握传热的基掌握传热的基本概念本概念热传导的物理机理和热传导定律的推导及应用，对流传热的物理机理和边界层理论及传热系数的计算方法，辐射传热的物
9、理机理和黑体辐射定律及辐射传热系数的计算方法。了解热传导、了解热传导、对流传热、辐对流传热、辐射传热的物理射传热的物理机理机理通过计算热传导系数和温度差来计算热传导速率，通过流体速度、密度、温度差等参数来计算传热系数，通过物体的表面温度、表面形状等参数来计算辐射传热系数。掌握传热计算掌握传热计算方法方法通过了解传热机理和计算方法可以帮助我们更好地理解热力学和热工学的相关概念。深入了解传热深入了解传热机理和计算方机理和计算方法法 0303第第3章章 热热力学第一定律力学第一定律 热力学第一定律的概念及表达方式热力学第一定律的概念及表达方式热力学系统的内能是恒定的热力学第一定热力学第一定律的定义及
10、表律的定义及表达方式达方式内能与焓的计算方法内能与焓的概内能与焓的概念及计算方法念及计算方法 绝热过程及其应用绝热过程及其应用绝热过程的特点绝热过程的定绝热过程的定义及特点义及特点内能的改变等于吸收的热量减去做功热力学第一定热力学第一定律在绝热过程律在绝热过程中的应用中的应用 等容、等压、等温过程及其应用等容、等压、等温过程及其应用等容过程、等压过程、等温过程的特点等容过程、等等容过程、等压过程、等温压过程、等温过程的定义及过程的定义及特点特点内能和焓的变化热力学第一定热力学第一定律在等容、等律在等容、等压、等温过程压、等温过程中的应用中的应用 循环过程及其热力学效率循环过程及其热力学效率循环
11、过程的特点循环过程的定循环过程的定义及特点义及特点卡诺循环的热力学效率卡诺循环及其卡诺循环及其热力学效率的热力学效率的计算方法计算方法 热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第一定律的概念及表达方的概念及表达方的概念及表达方的概念及表达方式式式式热力学第一定律指的是能量守恒，也就是能量不能被创造热力学第一定律指的是能量守恒，也就是能量不能被创造或消失，只能从一个系统转移到另一个系统。内能和焓是或消失，只能从一个系统转移到另一个系统。内能和焓是热力学系统的基本概念，内能是恒定的，而焓是内能和压热力学系统的基本概念，内能是恒定的，而焓是内能和压力的乘积。力的乘积。绝热过程及其应绝热过程及
12、其应绝热过程及其应绝热过程及其应用用用用绝热过程指的是热量不可流入或流出的过程，内能的改变绝热过程指的是热量不可流入或流出的过程，内能的改变等于吸收的热量减去做功。绝热过程在压缩空气、制冷和等于吸收的热量减去做功。绝热过程在压缩空气、制冷和发电等领域有广泛应用。发电等领域有广泛应用。容积不变，内能增加等容过程等容过程0103温度不变，内能不变等温过程等温过程02压强不变，内能增加等压过程等压过程卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环卡诺循环是一种理想热机。它由两个等温过卡诺循环是一种理想热机。它由两个等温过程和两个绝热过程组成。程和两个绝热过程组成。热力学效率热力学效率热力学效率热力学效率热力学效率
13、是指能够从热源中热力学效率是指能够从热源中获取的能量与所输入的能量之获取的能量与所输入的能量之比。比。卡卡卡卡诺诺诺诺循循循循环环环环的的的的热热热热力力力力学学学学效效效效率率率率卡诺循环的热力学效率是所有热机中最高卡诺循环的热力学效率是所有热机中最高的。的。循环过程及其热力学效率循环过程及其热力学效率循环过程循环过程循环过程循环过程循环过程是一个系统从一个状态变化到另一个循环过程是一个系统从一个状态变化到另一个状态，再回到原来的状态的过程。状态，再回到原来的状态的过程。热力学第一定律在绝热力学第一定律在绝热过程中的应用热过程中的应用热力学第一定律在绝热过程中的应用非常广泛，比如在制冷技术中
14、，利用绝热膨胀将低温制冷剂膨胀成气态，从而实现制冷的效果。另外，在工业、航天、核能等领域中，绝热技术的应用也越来越广泛。0404第第4章章 热热力学第二定律力学第二定律 热力学第二定律的概念及表达方式热力学第二定律的概念及表达方式卡诺定理及其应用热力学第二定热力学第二定律的定义及表律的定义及表达方式达方式 热力学第二定律的等价表述热力学第二定律的等价表述热力学第二定律的几种表述方式卡诺热机定理卡诺热机定理及其等价表述及其等价表述 低温热力学及其应用低温热力学及其应用热力学第二定律在低温热力学中的应用低温热力学的低温热力学的基本概念及特基本概念及特点点 热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律
15、热力学第二定律的热力学效应的热力学效应的热力学效应的热力学效应热力学第二定律的热力学效应指的是，当热量从高温物体热力学第二定律的热力学效应指的是，当热量从高温物体传导到低温物体时，会产生不可逆的热损失，从而降低了传导到低温物体时，会产生不可逆的热损失，从而降低了系统的热力学效率。系统的热力学效率。反应热的计算热力学第二定律在化学反应中的应热力学第二定律在化学反应中的应用用0103热力学循环机的设计与优化热力学第二定律在工程学中的应用热力学第二定律在工程学中的应用02热力学循环过程的分析热力学第二定律在物理学中的应用热力学第二定律在物理学中的应用热力学第二定律的定热力学第二定律的定义及表达方式义
16、及表达方式热力学第二定律是指在任何热力学过程中，不可能将热量完全转化为功，也就是说，不可能实现热能与功的完全互相转化。其表达方式有卡诺定理、热力学温标、熵增原理等。其中卡诺定理指出，任何热机的效率都不会超过卡诺热机的效率。熵增原理熵增原理熵增原理熵增原理孤立系统的不可逆性孤立系统的不可逆性热力学第二定律的定量表述热力学第二定律的定量表述卡诺热机卡诺热机卡诺热机卡诺热机卡诺热机的理论效率卡诺热机的理论效率热力学第二定律的定性表述热力学第二定律的定性表述热热热热力力力力学学学学第第第第二二二二定定定定律律律律的的的的统统统统计解释计解释计解释计解释微观过程的不可逆性微观过程的不可逆性热力学函数的数
17、学性质热力学函数的数学性质热力学第二定律的几种表述方式热力学第二定律的几种表述方式热力学温标热力学温标热力学温标热力学温标摄氏度摄氏度华氏度华氏度开氏度开氏度低温热力学的基本概念及特点低温热力学的基本概念及特点绝对零度、玻色-爱因斯坦凝聚等低温热力学的低温热力学的基本概念基本概念热容量与温度的非线性关系、熵的零点值等低温热力学的低温热力学的特点特点超导、超流、凝聚态物质等热力学第二定热力学第二定律在低温热力律在低温热力学中的应用学中的应用 0505第第5章章 热热力学第三定律力学第三定律 热力学第三定律的概念及表达方式热力学第三定律的概念及表达方式热力学第三定律的定义热力学第三定热力学第三定律
18、的定义及表律的定义及表达方式达方式热力学第三定律的表达方式热力学第三定热力学第三定律的定义及表律的定义及表达方式达方式绝对零度的概念热力学第三定热力学第三定律与绝对零度律与绝对零度 基态熵的概念及计算方法基态熵的概念及计算方法基态的概念基态熵的定义基态熵的定义及计算方法及计算方法基态熵的计算方法基态熵的定义基态熵的定义及计算方法及计算方法熵的作用基态熵对热力基态熵对热力学计算的影响学计算的影响 热容和比热的基本概念热容和比热的基本概念热容的定义和计算方法热容和比热的热容和比热的定义及计算方定义及计算方法法比热的定义和计算方法热容和比热的热容和比热的定义及计算方定义及计算方法法热容和比热在热力学
19、计算中的应用热容和比热对热容和比热对热力学计算的热力学计算的影响影响 热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律热力学基本定律与温度温标与温度温标与温度温标与温度温标热力学基本定律分为三大定律，其中第三定律是热力学最热力学基本定律分为三大定律，其中第三定律是热力学最基本的定律之一。温度温标是热力学中用来表示温度的单基本的定律之一。温度温标是热力学中用来表示温度的单位。位。传热与传热机理传热与传热机理传热的定义传热的基本概传热的基本概念念传热的方式传热机理传热机理热传递的数学公式热传递的数学热传递的数学表示表示 热力学在机械、化学、能源等工程领域的应用热力学在工程中的应用热力学在工程中的应用01
20、03地球科学中的热力学问题热力学与地球科学的关系热力学与地球科学的关系02生物学中的热力学问题热力学与生物学的关系热力学与生物学的关系热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律的的的的数数数数学表达学表达学表达学表达U Q-WU Q-WU U为系统的内能，为系统的内能，Q Q为传递给系统的热量，为传递给系统的热量，W W为为系统对外做的功系统对外做的功热热热热力力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律的的的的应应应应用用用用热力学第一定律是热力学中最热力学第一定律是热力学中最基本的定律，涉及各个方面的基本的定律，涉及各个方面的应用应用 热力学第一定律热力学第一定律热热热热力
21、力力力学学学学第第第第一一一一定定定定律律律律的的的的定定定定义义义义热力学第一定律是能量守恒定律热力学第一定律是能量守恒定律能量不可能从虚无中创造出来，也不可能消失能量不可能从虚无中创造出来，也不可能消失不见不见热力学第二定律热力学第二定律热力学第二定律是热力学中非常重要的一个定律，它规定了任何热机的效率都不可能达到100%，即不可能将全部热能转化为机械能。这个定律也被称为热力学的反熵定律。0606第第6章章 应应用用实实例例 热机效率的计算热机效率的计算热机效率的计算热机效率的计算在工程和科研中，热机效率是一个重要的参数。热力学第在工程和科研中，热机效率是一个重要的参数。热力学第一定律在热
22、机效率的计算中扮演着重要的角色。卡诺循环一定律在热机效率的计算中扮演着重要的角色。卡诺循环则是热机效率的理论上限。通过学习热机效率的计算方法，则是热机效率的理论上限。通过学习热机效率的计算方法，我们可以更加深入理解热力学的基本概念。我们可以更加深入理解热力学的基本概念。传热系数的计算传热系数的计算牛顿冷却定律、对流换热系数的计算对流传热系数对流传热系数的计算方法的计算方法斯特藩玻尔兹曼定律、斯蒂芬-玻尔兹曼定律辐射传热系数辐射传热系数的计算方法的计算方法傅里叶定律、热传导方程的求解热传导的计算热传导的计算方法方法流量法、恒温法、卡尔曼滤波法传热相关系数传热相关系数的实验测定的实验测定热化学反应
23、的计热化学反应的计热化学反应的计热化学反应的计算算算算热化学反应是化学能转化为热能的一种形式。要计算反应热化学反应是化学能转化为热能的一种形式。要计算反应的热力学变化，需要了解热化学反应的基本概念，比如焓、的热力学变化，需要了解热化学反应的基本概念，比如焓、熵、自由能等。同时，热力学第二定律在热化学反应中也熵、自由能等。同时，热力学第二定律在热化学反应中也扮演着重要的角色。扮演着重要的角色。材材材材料料料料改改改改性性性性中中中中的的的的热热热热力力力力学学学学计算计算计算计算热处理工艺设计和参数优化热处理工艺设计和参数优化相变研究中的热力学分析相变研究中的热力学分析高分子材料中的热力学性质评
24、估高分子材料中的热力学性质评估热热热热力力力力学学学学计计计计算算算算在在在在材材材材料料料料性性性性能评估中的应用能评估中的应用能评估中的应用能评估中的应用热膨胀系数的计算和测量热膨胀系数的计算和测量热导率的计算和测量热导率的计算和测量热稳定性和热分解温度的计算热稳定性和热分解温度的计算和评估和评估热热热热力力力力学学学学计计计计算算算算在在在在材材材材料料料料设设设设计中的应用计中的应用计中的应用计中的应用热力学模拟和计算机辅助设计热力学模拟和计算机辅助设计新材料的热力学分析和评估新材料的热力学分析和评估材料的熔融和凝固过程模拟材料的熔融和凝固过程模拟热力学计算在材料科学中的应用热力学计算
25、在材料科学中的应用材材材材料料料料制制制制备备备备中中中中的的的的热热热热力力力力学学学学计算计算计算计算反应热的计算和优化反应热的计算和优化晶体生长中的热力学过程分析晶体生长中的热力学过程分析高温合成反应的热力学分析高温合成反应的热力学分析热力学计算的优缺点热力学计算的优缺点提供了严格的理论依据和计算方法优点优点可以预测材料在不同温度下的变化规律优点优点计算方法比较复杂，需要一定的计算机功底缺点缺点只是一种理论模型，不能完全描述材料的实际情况缺点缺点 0707第第7章章 结语结语 热力学的发展历热力学的发展历热力学的发展历热力学的发展历程程程程热力学是一门研究物质能量转化和传递规律的学科。自
26、热力学是一门研究物质能量转化和传递规律的学科。自1818世纪以来，热力学在科学研究中发挥着重要作用，其贡献世纪以来，热力学在科学研究中发挥着重要作用，其贡献不仅仅体现在理论上，也推动着实际应用的发展。随着科不仅仅体现在理论上，也推动着实际应用的发展。随着科学技术和社会科学的不断发展，热力学将有更广泛的应用学技术和社会科学的不断发展，热力学将有更广泛的应用和发展。和发展。热力学的应用前景热力学的应用前景利用热力学原理提高生产效率和品质工业生产工业生产利用热力学原理解决环境问题环境保护环境保护优化利用能源，提高能源利用效率能源利用能源利用探究材料性能与热力学参数的关系，为新材料研发提供理论依据新材
27、料研发新材料研发热力学基本定义及其统计物理基础基本概念基本概念0103热力学第二定律、熵的含义、热力学函数熵与热力学第二定律熵与热力学第二定律02热力学第一定律的含义、物理意义及应用热力学第一定律热力学第一定律与材料科学的交叉与材料科学的交叉与材料科学的交叉与材料科学的交叉材料的热力学特性及其应用材料的热力学特性及其应用材料的相变及相变热材料的相变及相变热材料热力学参数与性能的关系材料热力学参数与性能的关系与生物学的交叉与生物学的交叉与生物学的交叉与生物学的交叉生物热力学特性研究生物热力学特性研究生物体内热效应的调节生物体内热效应的调节热力学在生物大分子研究中的热力学在生物大分子研究中的应用应
28、用与工程学的交叉与工程学的交叉与工程学的交叉与工程学的交叉热力学在能源工程中的应用热力学在能源工程中的应用工程热力学的基本概念工程热力学的基本概念热力学在制冷及空调系统中的应用热力学在制冷及空调系统中的应用热力学的学科交叉热力学的学科交叉与化学的交叉与化学的交叉与化学的交叉与化学的交叉热力学在化学反应中的应用热力学在化学反应中的应用化学对热力学概念的完善化学对热力学概念的完善热力学对化学反应速率的影响热力学对化学反应速率的影响热力学的发展趋势热力学的发展趋势热力学作为一门重要的学科，在现代科学技术和社会科学的发展中必将发挥更加广泛和重要的作用。未来，热力学将更加注重与其他学科的交叉与融合，进一
29、步拓展应用领域。同时，在研究方面，热力学将更加注重对复杂系统的研究，探寻更加深入的物理规律。0808第第8章章 参考文献参考文献 专业参考书目专业参考书目作者：江苏人民出版社热力学基础热力学基础作者：科学出版社传热学传热学作者：高等教育出版社物理化学热力物理化学热力学学 参考期刊参考期刊Journal of Journal of Thermal Thermal ScienceScienceInternationaInternational Journal of l Journal of Heat and Heat and Mass Mass TransferTransferApplied Ap
30、plied Thermal Thermal EngineeringEngineering 物体内部分子运动的剧烈程度温度温度0103以水的冰点和沸点为标准的温度计摄氏度摄氏度02用于测量温度的标尺温标温标开氏温标开氏温标开氏温标开氏温标以绝对零度为以绝对零度为0 0度度以水的三相点为以水的三相点为273.16273.16度度 华氏温标和开氏温标的区别华氏温标和开氏温标的区别华氏温标华氏温标华氏温标华氏温标以冰的混合物为以冰的混合物为0 0度度以人的舌头或人手的温度为以人的舌头或人手的温度为98.698.6度度绝对温度与开氏绝对温度与开氏绝对温度与开氏绝对温度与开氏温标温标温标温标绝对温度是温度
31、的一种，指的是热力学温度，常用的绝对绝对温度是温度的一种，指的是热力学温度，常用的绝对温标即开氏温标。开氏温标是绝对温度的一种，以绝对零温标即开氏温标。开氏温标是绝对温度的一种，以绝对零度为度为0 0度，以水的三相点为度，以水的三相点为273.16273.16度。度。不同温标之间的转换不同温标之间的转换F C 1.8+32摄氏度和华氏摄氏度和华氏度度K=C+273.15摄氏度和开氏摄氏度和开氏度度K=(F+459.67)1.8华氏度和开氏华氏度和开氏度度 温度和温标的应用温度和温标的应用温度和温标在很多领域得到广泛应用，例如医学、工业和生活中的温度测量等。同时，了解不同温标之间的转换也十分重要。THANKS 谢谢观看！