高中热学讲三个定律,查理定律、波义耳定律等等,麻烦,没必要,实际上只要状态方程就都包括了。大学物理从理想气体状态方程出发,直截了当。
高中热学没区分状态方程和过程方程,实际上这个区分很重要。很多特殊的等值过程的过程方程与状态方程形式一样,所以常让人误解以为用的是状态方程,其实是过程方程。只有绝热过程的过程方程与状态方程区别开来了。
状态方程是针对一个点的情况,过程方程则针对整个过程,过程方程要考虑热力学第一定律。
高中物理在热力学等值过程这一部分用墨甚多,比如P-V图、P-T图、P-1/V图等各种图,大学物理一般只讨论P-V图。但是高中物理像卡诺过程、奥托过程、狄塞尔过程这样的循环过程讲解甚少,暴露出其培养脑筋急转弯式的“小镇做题家”的风格。其实,从应用角度,汽油机和柴油机这样的循环过程更能激发学生的学习热情。
为什么汽油车多是五座以下的小车,而大客车必须是柴油车?是什么限制了汽油车的效率?回答是压缩比。过去的汽油机采用奥托过程,由于压缩比不能过大,汽油机的效率也不能很大。柴油车的狄塞尔过程不限制压缩比,所以柴油车的效率比汽油车高。现在差不多两百年过去了,这种机制是否有所改变呢?学习高中物理时大部分人都忙于应付考试,忽略了对这些有意思的问题的思考。到了大学阶段本来可以思考了,可惜思考的人仍然很少。有些人忙于社团等事务性的工作,有些人则为数学所累。在课堂上,许多同学问的都是数学问题。数学推导不解决就不能思考数学背后的事情吗?看来是这样。