《熱學(xué)》電子教案

《熱學(xué)》電子教案面向物理學(xué)本科學(xué)生主講：馮尚申

1熱學(xué)內(nèi)容圖析總論量熱與量溫?zé)醾鬟f的一般規(guī)律熱力學(xué)平衡態(tài)的特征及充要條件熱力學(xué)第零定律、溫度和溫標(biāo)理想氣體定律和狀態(tài)方程熱學(xué)發(fā)展規(guī)律簡史研究對象及方法熱力學(xué)基礎(chǔ)（宏觀理論）分子運動論（微觀理論）熱學(xué)理論的應(yīng)用（物性學(xué)）1、熱力學(xué)第一定律；2、熱力學(xué)第二定律；3、熱機(jī)。1、分子運動論的實驗基礎(chǔ)及基本論點；2、理想氣體分子運動的規(guī)律（平衡態(tài)）；3、理想氣體內(nèi)遷移規(guī)律（非平衡態(tài)）。1、實際氣體、液體、固體的基本性質(zhì)；2、一級相變特征及基本規(guī)律。2古希臘（公元前611—430年）四元素說：萬物是由土、水、火、氣四種元素在數(shù)量上不同比例的配合組成的。我國殷商時期五行學(xué)說：金、木、水、火、土是構(gòu)成世界萬物的五種基本元素，稱為五行。中國古代提出的元氣說，就認(rèn)為熱（火）是物質(zhì)元氣聚散變化的表現(xiàn)。3伽利略溫度計16世紀(jì)(明)

從鉆木取火到商周的青銅器

4瓦特早期蒸汽機(jī)清初561807年嘉慶12年71823年道光3年

81892年同治18年(仿哥窯五彩)91.官窯:南宋2.定窯:宋,河北曲陽3,汝窯:宋,河南寶豐4,哥窯:南宋,浙江龍泉5,均窯:宋,河南禹縣五大名窯:10主要參考書目：成績考核：平時作業(yè)10%、課堂討論10%、期中占20%、期末占60%秦允豪，《熱學(xué)》（第二版），高等教育出版社，2006趙凱華等，《熱學(xué)》，高等教育出版社，2005黃淑清等，《熱學(xué)教程》，高等教育出版社，2003李椿等，《熱學(xué)》，高等教育出版社，2004王竹溪，熱力學(xué)，北京大學(xué)出版社，2005張玉民等，《熱學(xué)》，科學(xué)出版社，2006李洪芳，《熱學(xué)》，復(fù)旦大學(xué)出版社，2001包科達(dá)，《熱物理學(xué)基礎(chǔ)》，高等教育出版社，2001Serway&Faughn,CollegePhysics(SixthEdition),清華大學(xué)出版社，200510、SearsandZemanskys,UniversityPhysics(第10版)（上冊），機(jī)械工業(yè)出版社，200311、王楚等，熱學(xué)（基礎(chǔ)物理教程面向21世紀(jì)課程教材），200312、梁紹榮等，普通物理學(xué)，第二卷，高等教育出版社，200611第一章導(dǎo)論§1.1宏觀描述方法與微觀描述方法一、熱學(xué)的研究對象及其特點

熱物理學(xué)是研究有關(guān)物質(zhì)的熱運動以及與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的科學(xué)。熱現(xiàn)象：這些與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化。熱學(xué)研究對象：所有與熱相聯(lián)系的現(xiàn)象。

特點：熱物理學(xué)研究的是由數(shù)量很大的微觀粒子所組成的系統(tǒng)。大數(shù)粒子：我們把數(shù)量級達(dá)到宏觀系統(tǒng)量級的粒子。12二、宏觀描述方法與微觀描述方法1、宏觀描述方法：熱力學(xué)方法熱力學(xué)：由觀察和實驗總結(jié)出來的熱現(xiàn)象規(guī)律，構(gòu)成熱現(xiàn)象的宏觀理論，叫做熱力學(xué)。熱力學(xué)方法的優(yōu)點：熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，只要在數(shù)學(xué)推理過程中不加上其它假設(shè)，這些結(jié)論也具有同樣的可靠性與普遍性。熱力學(xué)的局限性：1、它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)；2、它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì)，它不能解答系統(tǒng)如何從非平衡態(tài)進(jìn)入平衡態(tài)的過程；3、它把物質(zhì)看成為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)132、微觀描述過程：統(tǒng)計物理學(xué)

統(tǒng)計物理學(xué)則是熱物理學(xué)的微觀描述方法，它從物質(zhì)由大數(shù)分子、原子組成的前提出發(fā)，運用統(tǒng)計的方法，把宏觀性質(zhì)看作由微觀粒子熱運動的統(tǒng)計平均值所決定，由此找出微觀量與宏觀量之間的關(guān)系。微觀描述方法的局限性：在于它在數(shù)學(xué)上遇到很大的困難，由此而作出簡化假設(shè)（微觀模型）后所得的理論結(jié)果與實驗不能完全符合。3、熱物理學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)統(tǒng)計物理學(xué)的初步知識液體、固體、相變等物性學(xué)14§1.2熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)一、熱力學(xué)系統(tǒng)熱力學(xué)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）：被確定為研究對象的物體或物體系，或熱學(xué)所研究的對象。孤立系統(tǒng)：與外界既不交換物質(zhì)又不交換能量的系統(tǒng)外界：系統(tǒng)邊界外部封閉系統(tǒng)：與外界不交換物質(zhì)但可交換能量的系統(tǒng)開放系統(tǒng)：與外界既交換物質(zhì)又交換能量的系統(tǒng)熱力學(xué)與力學(xué)的區(qū)別熱力學(xué)參量：壓強(qiáng)、體積、溫度等熱力學(xué)的目的：基于熱力學(xué)的基本定律力學(xué)的目的：基于牛頓定律（力學(xué)參量）15二、平衡態(tài)與非平衡態(tài)1、平衡態(tài)真空孤立系統(tǒng)在不受外界條件影響下，經(jīng)過足夠長時間后系統(tǒng)必將達(dá)到一個宏觀上看來不隨時間變化的狀態(tài)，這種狀態(tài)叫做平衡態(tài)。平衡態(tài)的特點*1）單一性（處處相等）;2）物態(tài)的穩(wěn)定性——與時間無關(guān)；3）自發(fā)過程的終點；4）熱動平衡（有別于力平衡）.16三、熱力學(xué)平衡熱力學(xué)呈現(xiàn)平衡態(tài)的條件無熱流：熱學(xué)平衡條件，系統(tǒng)內(nèi)部溫度處處相等。無粒子流：力學(xué)平衡條件，系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間、系統(tǒng)與外界之間應(yīng)達(dá)到力學(xué)平衡，通常情況下反映為壓強(qiáng)處處相等。化學(xué)平衡：化學(xué)平衡條件，即在無外場下系統(tǒng)各部分的化學(xué)組成應(yīng)是處處相等?？梢杂肞、V、T圖來表示。只要上述三個條件一個得不到滿足，就是非平衡態(tài)，不能用P、V、T圖來表示。2、非平衡態(tài)

在自然界中，平衡態(tài)是相對的、特殊的、局部的與暫時的，不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經(jīng)常的。17§1.3物態(tài)方程一、物態(tài)方程平衡態(tài)

把處于平衡態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參量（如壓強(qiáng)、體積、溫度）之間所滿足的函數(shù)關(guān)系稱為該物質(zhì)的物態(tài)方程或稱狀態(tài)方程。二、熱膨脹現(xiàn)象等溫壓縮系數(shù)體膨脹系數(shù)壓強(qiáng)系數(shù)線膨脹系數(shù)18四、混合理想氣體物態(tài)方程三、理想氣體物態(tài)方程對各向同性物質(zhì)能嚴(yán)格滿足理想氣體物態(tài)方程的氣體被稱為理想氣體。19§1.3溫度與溫度計一、溫度日常生活中，常用溫度來表示冷熱的程度在微觀上，則必須說明，溫度是處于熱平衡系統(tǒng)的微觀粒子熱運動強(qiáng)弱程度的度量二、熱力學(xué)第零定律1、絕熱壁與導(dǎo)熱壁2、熱力學(xué)第零定律ACBACBACB絕熱壁20

在不受外界影響的情況下，只要A和B同時與C處于熱平衡，即使A和B沒有接觸，它們?nèi)匀惶幱跓崞胶鉅顟B(tài)，這種規(guī)律被稱為熱力學(xué)第零定律。3、熱力學(xué)第零定律的物理意義互為熱平衡的物體之間必存在一個相同的特征，即它們的溫度是相同的。第零定律不僅給出了溫度的概念，而且指出了判別溫度是否相同的方法。溫度計21三、溫標(biāo)1、溫標(biāo)的建立溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)經(jīng)驗溫標(biāo)的三要素選擇測溫物質(zhì)，確定測溫參量（屬性）選定固定點進(jìn)行分度，即規(guī)定測溫參量隨溫度的變化關(guān)系2、理想氣體溫標(biāo)

以氣體為測溫物質(zhì)，利用理想氣體狀態(tài)方程中體積（壓強(qiáng)）不變時壓強(qiáng)（體積）與溫度成正比關(guān)系所確定的溫標(biāo)稱為理想氣體溫標(biāo)22V0不變Ptr為該氣體溫度計在水的三相點（氣、液、固三相共存）時的壓強(qiáng)（體積不變）Ptr/(133.3224Pa)373.0373.2374.02004006008001000T(p)=373.15KT(p)H2N2O2空氣由氣體溫度計所定出的溫標(biāo)稱為理想氣體溫標(biāo)23例1.1ABCVAMVBmT0T0T如圖所示，若測得此時B的壓強(qiáng)讀數(shù)為p，求待測溫度T。解：測溫后測溫前壓力表B溫泡A解得：243、攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)與蘭氏溫標(biāo)t是攝氏溫標(biāo)TR是蘭（金）氏溫標(biāo)汽點三相點冰點絕對零度英美等國使用671.67491.69491.670TRR蘭氏溫標(biāo)英美等國使用212.0032.0232.00-459.67tFF華氏溫標(biāo)國際通用100.000.010.00-273.15tC攝氏溫標(biāo)國際通用T=T373.15273.16273.150TK熱力學(xué)溫度通用情況與熱力學(xué)溫度的關(guān)系固定點的溫度值符號單位溫度254、熱力學(xué)溫標(biāo)是一種不依賴于測溫物質(zhì)和測溫屬性的溫標(biāo)5、國際實用溫標(biāo)實用溫度計簡介膨脹測溫法：玻璃液體溫度計、雙金屬溫度計壓力測溫法：壓力表式溫度計、蒸汽壓溫度計電磁學(xué)測溫法：電阻溫度計、溫差熱電偶溫度計、半導(dǎo)體溫度計、頻率溫度計輻射測溫法：光學(xué)高溫計、比色高溫計、輻射高溫計聲學(xué)測溫法：聲學(xué)溫度計、噪聲溫度計開爾文26§1.5物質(zhì)的微觀模型一、物質(zhì)是由大量的原子或分子組成二、分子熱運動1、分子或原子處于不停的熱運動擴(kuò)散布朗運動利用掃描隧道顯微鏡技術(shù)把一個個原子排列成IBM字母的照片.272、漲落現(xiàn)象這種偏離統(tǒng)計平均值的現(xiàn)象稱為漲落現(xiàn)象

可以證明，在粒子數(shù)可自由出入的某空間范圍內(nèi)的粒子數(shù)的相對漲落反比于系統(tǒng)中粒子數(shù)N的平方根。粒子數(shù)越少，漲落現(xiàn)象越明顯。應(yīng)用：小鏡子的小角度振蕩漲落電流的熱噪聲28三、分子間的吸引力與排斥力rfo力分子斥力引力1、吸引力和排斥力

很多物質(zhì)的分子引力作用半徑約為分子直徑的兩倍左右，超過這一距離，分子間相互作用力已很少。

排斥力作用半徑就是兩分子剛好“接觸”時兩質(zhì)心間的距離。2、分子力與分子熱運動

分子力是一種電磁相互作用力，故它是一種保守力，它應(yīng)該有勢能，稱為分子作用力勢能。29§1.6理想氣體微觀描述的初級理論一、理想氣體微觀模型1、分子本身線度比起分子間距離小得多而可忽略不計Loschmidt常數(shù)：標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分子間平均距離:30氮分子半徑2、除碰撞一瞬間外，分子間互作用力可忽略不計。分子在兩次碰撞之間作自由的勻速直線運動3、處于平衡態(tài)的理想氣體，分子之間及分子與器壁間的碰撞是完全彈性碰撞

在常溫下，壓強(qiáng)在數(shù)個大氣壓以下的氣體，一般都能很好地滿足理想氣體方程。處于平衡態(tài)的氣體均具有分子混沌性4、分子的運動遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律31二、單位時間內(nèi)碰在單位面積器壁上的平均分子數(shù)ΔAabcxyz032三、理想氣體壓強(qiáng)公式設(shè)邊長分別為x、y

及z的長方體中有

N

個全同的質(zhì)量為m

的氣體分子，計算壁面所受壓強(qiáng).33單個分子對器壁碰撞特性:偶然性、不連續(xù)性.大量分子對器壁碰撞的總效果：恒定的、持續(xù)的力的作用.熱動平衡的統(tǒng)計規(guī)律（平衡態(tài)）1）分子按位置的分布是均勻的2）分子沿各方向運動概率均等分子運動速度34各方向運動概率均等

方向速度平方的平均值各方向運動概率均等35

單個分子遵循力學(xué)規(guī)律x方向動量變化分子施于器壁的沖量兩次碰撞間隔時間單位時間碰撞次數(shù)單個分子單位時間施于器壁的沖量36

大量分子總效應(yīng)單位時間N個粒子對器壁總沖量器壁所受平均沖力37氣體壓強(qiáng)統(tǒng)計規(guī)律分子平均平動動能38壓強(qiáng)的物理意義

統(tǒng)計關(guān)系式宏觀可測量量微觀量的統(tǒng)計平均值分子平均平動動能壓強(qiáng)是大量分子對時間、對面積的統(tǒng)計平均結(jié)果.39壓強(qiáng)的單位P.33表1.440四、溫度的微觀意義氣體分子的均方根速率：溫度的微觀意義：絕對溫度是分子熱運動劇烈程度的度量是分子雜亂無章熱運動的平均平動動能，它不包括整體定向運動動能。粒子的平均熱運動動能與粒子質(zhì)量無關(guān)，而僅與溫度有關(guān)P.34表1.5例1.4例1.3P.35P.3541§1.7分子間作用力勢能

與真實氣體物態(tài)方程一、分子間互作用勢能曲線rEp(r)r0Ep0分子互作用勢能曲線分子直徑一種理解指分子的大小兩分子質(zhì)心的最短距離---分子的有效直徑分子力設(shè)無窮遠(yuǎn)處為零勢能點。42二、范德瓦耳斯方程1、分子固有體積修正2、分子吸引力修正設(shè)Δk指每一個分子進(jìn)入界面層時平均動量減少量βpia43三、Onnes方程44謝謝觀看/歡迎下載BYFAITHIMEANAVISIONOFGOODONECHERISHESANDTHEENTHUSIASMTHATPUSHESONETOSEEKITSFULFILLMENTREGARDLESSOFOBSTACLES.BYFAITHIBYFAITH一本萬利工程1、背景驅(qū)動2、盈利策略3、選菜試菜4、價值創(chuàng)造5、完美呈現(xiàn)6、成功面試7、持續(xù)改造（一）、一本萬利工程的背景驅(qū)動

1、什么是一本萬利

2、餐飲時代的變遷菜單經(jīng)驗的指導(dǎo)方針運營市場定位的體現(xiàn)經(jīng)營水平的體現(xiàn)體現(xiàn)餐廳的特色與水準(zhǔn)溝通的工具餐廳對顧客的承諾菜單承諾的六大表現(xiàn)1、名字的承諾2、質(zhì)量的承諾3、價格的承諾4、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的承諾5、外文翻譯的準(zhǔn)確6、保證供應(yīng)的承諾

1、顧客滿意度餐廳價值、價格、合理感、愉快感、安心感、美味感、便利感、滿足感、有價值感、喜悅感、特別感2-2、初期投資餐廳面積、保證金、設(shè)備投資、店鋪裝潢、器具用品投資、制服選定、菜單制作2-1、開業(yè)準(zhǔn)備廚具、供應(yīng)商選定、設(shè)計、用品選定、餐廳配置、員工訓(xùn)練、餐廳氣氛、促銷方式3、經(jīng)營數(shù)據(jù)營業(yè)額、客流量、成本率、人均消費、顧客回頭率、出品速度、人事費用菜單內(nèi)容決定決定相關(guān)相關(guān)決定決定決定決定以菜單為導(dǎo)向的硬件投資

1、餐廳的裝修風(fēng)格2、硬件設(shè)施服務(wù)操作3、餐廳動線4、餐具與家俬5、廚房布局6、廚房設(shè)備菜單設(shè)計正果1、能誘導(dǎo)顧客購買你想讓他買的餐點2、能迅速傳達(dá)餐廳要表達(dá)的東西3、雙贏：顧客喜歡、餐廳好賣餐廳時代的變遷食物時代硬體時代軟體時代心體時代食物食品饑食飽食品質(zhì)挑食品味品食品德懼食體驗人們正在追尋更多的感受，更多的意義更多的體驗，更多的幸福（二）盈利策略1、組建工程團(tuán)隊2、確定核心價值3、確定盈利目標(biāo)4、確定客單價5、設(shè)計盈利策略6、確定核心產(chǎn)品誰來設(shè)計菜單？產(chǎn)品=做得出來的物品商品=賣得出去的物品商家=產(chǎn)品具備商品附加值物（什么產(chǎn)品）+事（滿足顧客何種需求）從物到事從食物到餐飲從吃什么到為什么吃產(chǎn)品本身決定一本，產(chǎn)品附加值決定萬利從生理到心理從物質(zhì)到精神從概念到五覺體驗創(chuàng)造產(chǎn)品的五覺附加值體驗何來

一家企業(yè)以服務(wù)為舞臺以商品為道具，讓消費者完全投入的時候，體驗就出現(xiàn)了PART01物=你的企業(yè)賣什么產(chǎn)品+事=能滿足顧客何種需求？確定核心價值理念核心價值理念1、賣什么樣的菜2、賣什么樣的氛圍？3、如何接待顧客？賣給誰？賣什么事？賣什么價？企業(yè)目標(biāo)的設(shè)定1、理論導(dǎo)向的目標(biāo)設(shè)定2、預(yù)算3、制定利潤目標(biāo)費用營業(yè)額虧損區(qū)利潤區(qū)臨界點變動費用總費用營業(yè)額曲線費用線X型損益圖利潤導(dǎo)向的目標(biāo)設(shè)定確定目標(biāo)設(shè)定營業(yè)收入=固定成本+目標(biāo)利潤1-變動成本率-營業(yè)稅率例：A餐廳每月固定成本40萬，變動成本50%，營業(yè)稅率5.5%，目標(biāo)利率每月8萬，問A餐廳的月營業(yè)收入：月營收入=（40+8）÷（1-50%-5.5%）=48÷0.445=108萬測算損益平衡點保本線=固定成本1-變動成本率-營業(yè)稅率例：A餐廳保本線=40÷（1-50%-5.5%）

=40÷0.445

=90萬定價的三重意義2、向競爭對手發(fā)出的信息和信號1、是利潤最大化和最重要的決定因素3、價格本事是價值的體現(xiàn)定價由此開始1、評估產(chǎn)品、服務(wù)的質(zhì)量2、尋求顧客價值與平衡點3、以價值定義市場確定客單價盈利占比策略

占比策略內(nèi)部策略銷售占比占比策略內(nèi)部策略10%40%10%20%20%（三）、選菜試菜1、ABC產(chǎn)品分析2、產(chǎn)品的確定（食材、口味、烹調(diào)、餐飲）3、成本的確定ABC分析策略毛利率營業(yè)額CBACABBACCCAA營業(yè)額C毛利A優(yōu)化、提升增加銷售雙A雙贏ABC顧客商品漲價保留虧本商品刪營業(yè)額A毛利C顧客超額、成本過高有意義的保留無意義的刪除雙C雙輸菜單內(nèi)容選擇的標(biāo)準(zhǔn)因素成本設(shè)備廚師技術(shù)操作空間菜系風(fēng)格吻合度品質(zhì)可控度原料供應(yīng)顧客喜好菜單協(xié)議度（銷售目標(biāo)、顏色、口味、造型、營養(yǎng)等）產(chǎn)品類別確定的四個方面1、按食材確定比例2、按口味確定比例3、按烹飪確定比例4、按餐飲確定比例

（無酒精飲品、含酒精飲品比例）框架依據(jù)操作依據(jù)目標(biāo)依據(jù)成本依據(jù)試口味成本操作第一次試菜的內(nèi)容精確的成本核算—五個關(guān)鍵詞1、凈料率（一料一控、一料多檔）2、調(diào)味料成本（單件產(chǎn)品、批量產(chǎn)品）3、燃料成本4、統(tǒng)一計量單位5、標(biāo)準(zhǔn)食譜成本卡試口味餐具造型色彩第二次試菜的內(nèi)容四料構(gòu)成表1、符合思想審定2、符合目標(biāo)審定3、符合定位審定4、符合框架審定四平構(gòu)成表(四)、創(chuàng)造價值1、定價策略的確定2、提升雙A核心產(chǎn)品的附加值3、增加更多的顧客選擇性顧客會記住的價格最低價人均消費熱門暢銷品商品較多的價格帶最高價產(chǎn)品價格和觀念價值永遠(yuǎn)是不一樣的，體驗經(jīng)濟(jì)時代出售的不是產(chǎn)品價格，而是觀念定價與確定價格的區(qū)別確定價格產(chǎn)品、服務(wù)主導(dǎo)思路確定一個易于銷售的價格由企業(yè)根據(jù)成本以及和其他企業(yè)的比較確定定價基于顧客的價值私立評估價值、確定等級在顧客和企業(yè)的來往過程中確定企業(yè)定價三大策略1、薄利多銷策略2、相對穩(wěn)定價格策略3、高價位價格策略提升產(chǎn)品附加值的“十大絕招”三好七增名字好賣相故事服務(wù)選擇文案時間體驗健康推廣感覺“附加值”提升產(chǎn)品附加值的“兩大前提”一好味道二品質(zhì)確定好賣相美色器形設(shè)攝狀增健康少油湯汁鹽多有機(jī)養(yǎng)生品種增時間原材料生長原材料獲得制作耗時美味時間要求增文案—文字?jǐn)⑹鼍艈?、餐點是什么？2、如何烹調(diào)制作？3、如何呈現(xiàn)？4、有何故事？5、有否獨特的口味？6、有否體現(xiàn)品質(zhì)等級？7、食材的來源？8、有何獨特的體驗？9、對人有何好處？一料多烹多吃多味增選擇增推廣易拉寶臺卡小畫冊傳媒宣傳銷售人員介紹POP（五）、完美呈現(xiàn)1、專業(yè)團(tuán)隊的選擇與合作2核心價值的呈現(xiàn)平面制片攝影助理攝影師食品造型翻譯修圖師文案設(shè)計師跟印完稿員餐飲行業(yè)中照片的功能的三個層次傳遞信息吸引顧客傳播文化菜式拍攝菜式拍攝的本質(zhì)是靜物拍攝最根本的原則是對你的店鋪產(chǎn)生愉悅感不僅僅要讓顧客看見，更要問道和嘗到照片對菜單設(shè)計師的要求對餐飲行業(yè)有一定的了解了解餐廳的定位有全局觀和預(yù)見性善于溝通對平面設(shè)計師的要求熟練掌握各類設(shè)計軟件