温度物理热学.ppt

温度物理热学现在学习的是第1页，共18页本学期教学内容本学期教学内容 热学热学（第二册）（第二册）振动与波动（第四册）振动与波动（第四册）波动光学（第四册）波动光学（第四册）量子力学（第五册）量子力学（第五册）现在学习的是第2页，共18页一些教学安排一些教学安排 增加自学内容，进一步培养自学能力增加自学内容，进一步培养自学能力 自由撰写物理小论文（总成绩加自由撰写物理小论文（总成绩加03分）分）继续考试改革继续考试改革 答疑时间：答疑时间：每周二下午每周二下午 2:004:30答疑答疑地点：地点：教五楼教五楼307,309房间房间各班学委每星期二下午将作业交到教五楼各班学委每星期二下午将作业交到教五楼408房房间，隔一周去取。间，隔一周去取。现在学习的是第3页，共18页一些教学安排一些教学安排 校内校内大学物理大学物理竞赛竞赛：竟赛内容竟赛内容：全国部分地区全国部分地区大学物理大学物理竞赛竞赛：（选拔（选拔100人参加）人参加）12月初在清华大学举行月初在清华大学举行 力学、电磁学、热学的气体分力学、电磁学、热学的气体分子运动论子运动论 初步确定初步确定10月月2324日举行日举行(报名截止到报名截止到9月月30日日)现在学习的是第4页，共18页热学热学（Heat）热学是研究热学是研究宏观物体宏观物体热运动的热运动的规律规律,即研究热即研究热 现现象的规律。象的规律。绪言绪言一一.热学的研究对象热学的研究对象1.1.宏观物体宏观物体(2)(2)含有大量的微观粒子含有大量的微观粒子(比如比如:1:1个立方厘米个立方厘米 的空气中含有的空气中含有31019个分子个分子)2.2.热运动热运动:以热现象为主要标志的一类物质运动以热现象为主要标志的一类物质运动是物质中大量分子无规则运动的集体表是物质中大量分子无规则运动的集体表现。现。3.3.热现象热现象:(1)(1)用宏观的尺度去量度用宏观的尺度去量度(比如比如:一滴水一滴水,1,1米米)现在学习的是第5页，共18页宏观法与微观法宏观法与微观法相辅相成。相辅相成。1.宏观法宏观法(热力学方法热力学方法)最基本的实验规律最基本的实验规律逻辑推理逻辑推理(运用数学运用数学)-称为热力学。称为热力学。优点：优点：可靠、普遍。可靠、普遍。缺点：缺点：未揭示微观本质，不深入、不细致。未揭示微观本质，不深入、不细致。2.微观法微观法(统计方法统计方法)物质的微观结构物质的微观结构+统计方法统计方法-称为统计力学称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论气体动理论)优点：优点：揭示了热现象的微观本质。揭示了热现象的微观本质。缺点：缺点：可靠性、普遍性差。可靠性、普遍性差。二二.热学的研究方法：热学的研究方法：现在学习的是第6页，共18页气体分子运动论气体分子运动论气体内的输运过程气体内的输运过程实际气体固体液体实际气体固体液体 相相 变变三三.热学的内容热学的内容 温温 度度热力学热力学第第一定律一定律热力学热力学第第二定律二定律热学热学微观理微观理论部分论部分 物性学物性学 部分部分宏观理宏观理论部分论部分现在学习的是第7页，共18页第一章第一章 温度温度 (Temperature)1.1 宏观和微观宏观和微观1.2 温度温度1.3 理想气体温标理想气体温标1.4 理想气体状态方程（自学）理想气体状态方程（自学）现在学习的是第8页，共18页 1.1 1.1 宏观和微观宏观和微观例：若汽缸内气体为系统，例：若汽缸内气体为系统，其它为外界其它为外界.一一.热力学系统与外界热力学系统与外界热力学研究的对象热力学研究的对象-热力学系统热力学系统.1.热力学系统热力学系统:封闭系统封闭系统 系统系统孤立系统孤立系统开放系统开放系统(它包含极大量的分子、原子。它包含极大量的分子、原子。以以阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数 NA=6.021023计计)。2.外界外界:热力学系统以外的物体称为外界热力学系统以外的物体称为外界.现在学习的是第9页，共18页 对热力学系统的两种描述方法：对热力学系统的两种描述方法：1.宏观量宏观量 二二.宏观量与微观量宏观量与微观量可以可以用一组实际存在的数值所描述用一组实际存在的数值所描述状态状态2.微观量微观量 从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。如如 M、V、E 等等-可以累加，称为可以累加，称为广延量广延量。P、T 等等-不可累加，称为不可累加，称为强度量强度量。描述系统内微观粒子的物理量。描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质量如分子的质量m、直径直径 d、速度、速度 v、动量、动量 p、能量、能量 、平均自由程、平均自由程等。等。微观量与宏观量有一定的内在联系。微观量与宏观量有一定的内在联系。例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。现在学习的是第10页，共18页例如：气缸中的气体是平衡态吗？例如：气缸中的气体是平衡态吗？说明两个概念：说明两个概念：箱子假想分成两相同体积箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。两侧粒子数相同。粒子数是宏观量粒子数是宏观量 三三.平衡态平衡态在不受在不受外界影响外界影响的条件下，系统所有的的条件下，系统所有的宏观宏观性质性质不随时间改变的状态，称为平衡态。不随时间改变的状态，称为平衡态。(动态平衡动态平衡)1.动态平衡动态平衡动画动画现在学习的是第11页，共18页布朗运动是可观测的涨落现象之一。布朗运动是可观测的涨落现象之一。2.涨落涨落处在平衡态的系统的宏观量，如压强处在平衡态的系统的宏观量，如压强P，不随，不随时间改变，时间改变，但不能保证任何时刻大量分子撞击但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样，器壁的情况完全一样，这称为涨落现象，分子这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。数越多，涨落就越小。状态方程状态方程在平衡态下，状态参量间的函数在平衡态下，状态参量间的函数关系。关系。例如例如理想气体状态方程。理想气体状态方程。动画动画现在学习的是第12页，共18页温度测量温度测量ABC设设A和和B、B和和C分别热平衡，分别热平衡，则则A和和C一定热平衡。一定热平衡。ABA和和B 热平衡热平衡,TA=TB B A，A 改变很小，改变很小，TA 基基本是原来体系本是原来体系 A 的温度的温度酒精或水银酒精或水银 1.2 温温 度度一一.热力学第零定律热力学第零定律实验表明，分别与第三个系统处于同一热平实验表明，分别与第三个系统处于同一热平衡态的两衡态的两个系统，必然也处于热平衡。个系统，必然也处于热平衡。现在学习的是第13页，共18页ABAB绝热板绝热板导热板导热板处于热平衡的多个系统具有相同的温度处于热平衡的多个系统具有相同的温度二二.温度温度l宏观：热平衡系统所具有的共同宏观性质宏观：热平衡系统所具有的共同宏观性质 l微观：温度是分子热运动剧烈程度的标志。微观：温度是分子热运动剧烈程度的标志。三三.温标温标(temperature scales)1.1.温标的概念温标的概念温度的数值表示方法温度的数值表示方法测温物质，测温属性，固定标准点测温物质，测温属性，固定标准点2.2.建立温标的过程建立温标的过程(1)(1)经验温标经验温标(2)(2)理想气体温标理想气体温标(3)(3)热力学温标热力学温标(4)(4)国际温标国际温标现在学习的是第14页，共18页1.3 理想气体温标理想气体温标用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确用理想气体的玻意耳定律，可以给出用理想气体的玻意耳定律，可以给出理想气体温标理想气体温标PV=const.（温度不变）（温度不变）严格遵守玻意耳定律的气体严格遵守玻意耳定律的气体定义定义理想气体温标理想气体温标 T，使，使 PV T TP273.16 K气相气相液相液相固相固相临界点临界点609Pa水的相图，水的相图，三相点只有一个三相点只有一个（水的三相点演示）（水的三相点演示）一一.理想气体理想气体二二.理想气体温标理想气体温标现在学习的是第15页，共18页泡泡B毛细管毛细管指示针指示针hMMO水银槽水银槽体积保持不变体积保持不变摄氏温度摄氏温度 t 与理想气与理想气体温度体温度 T的关系的关系 t=T-273.15稀薄的实际气体接稀薄的实际气体接近理想气体，近理想气体，温度很低时气体温度很低时气体液化，气体温度液化，气体温度计失效。计失效。热力学温标热力学温标与任与任何物质特性无关，何物质特性无关，但与但与理想气体温标理想气体温标等价等价冰点冰点F=32 t F=32+(9/5)t F:t F沸点沸点:tF=212 F华氏温标华氏温标现在学习的是第16页，共18页l气体温度计气体温度计(1)(1)定容气体温度计定容气体温度计(2)(2)定压气体温度计定压气体温度计三三.理想气体状态方程理想气体状态方程l对质量为对质量为M的理想气体的理想气体其中其中=M/=M/R=8.31J/(mol.K)R=8.31J/(mol.K)l还可以表示为还可以表示为其中其中nn为分子数密度为分子数密度K=R/NK=R/NA A=1.3810=1.3810-23-23(J/K)(J/K)为玻尔兹曼常数为玻尔兹曼常数思考：思考：在等温近似下，气压在等温近似下，气压随高度变化吗随高度变化吗?现在学习的是第17页，共18页第一章第一章 作业作业P15 思考题思考题 1.1P16 习题习题 1.1 1.7现在学习的是第18页，共18页