热学概述和第一章温度幻灯片.ppt

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1、热学概述和第一章温度第1页，共18页，编辑于2022年，星期日 热学热学是以研究是以研究热运动热运动的规律及其对物质宏观性质的影响，以及与物的规律及其对物质宏观性质的影响，以及与物质其他运动形态之间的转化规律为任务的。质其他运动形态之间的转化规律为任务的。热力学热力学绪论绪论 热运动热运动即组成宏观物体的大量微观粒子的一种永不停息的无即组成宏观物体的大量微观粒子的一种永不停息的无规则运动。规则运动。热学热学统计物理学统计物理学热学学是研究与是研究与热现象有关的象有关的规律的科学。律的科学。热现象象:与物体冷与物体冷热程度有关的物理性程度有关的物理性质及状及状态的的变化化统称称 为热现象。象。第

2、2页，共18页，编辑于2022年，星期日热学的研究方法：热学的研究方法：1.1.宏宏观法法 最基本的最基本的实验规律律逻辑推理推理(运用数学运用数学)-热力学范畴。力学范畴。热现象的宏象的宏观理理论。只能对热现象做宏观、唯象的说明，不能揭示其微观本质。只能对热现象做宏观、唯象的说明，不能揭示其微观本质。是从实验事实出发，采用归纳、概括的方法得出结论，是从实验事实出发，采用归纳、概括的方法得出结论，结论具有结论具有可靠性可靠性和和普遍性普遍性。优点优点：缺点：缺点：第3页，共18页，编辑于2022年，星期日2.2.微微观法法 物物质的微的微观结构构+统计方法方法-统计物理学范畴。物理学范畴。热象

3、的微象的微观理理论。其初其初级理理论称称为气体分子运气体分子运动论(气体气体动理理论)揭示了揭示了热现象的微象的微观本本质。由于对物质结构的假设总是有某种程度的近似性，其由于对物质结构的假设总是有某种程度的近似性，其结论不能象热力学那样与实验事实严格相符。结论不能象热力学那样与实验事实严格相符。揭示了热现象的微观本质。揭示了热现象的微观本质。优点：优点：缺点：缺点：宏宏观法与微法与微观法相法相辅相成。相成。第4页，共18页，编辑于2022年，星期日第一章第一章 温度温度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 理想气体状态方程理想气体状态方程第5页，共

4、18页，编辑于2022年，星期日1.1 1.1 宏宏观和微和微观系系统分分类：1 1 孤立系孤立系统：与外界无相互作用，无物：与外界无相互作用，无物质、能量的交、能量的交换。2 2 封封闭系系统：系：系统与外界有能量的交与外界有能量的交换，无物，无物质的交的交换。3 3 开放系开放系统：系：系统与外界即物与外界即物质的交的交换又有能量的交又有能量的交换系系统一、一、热力学系力学系统与外界与外界 热力学系力学系统：要研究的相：要研究的相对较大的能被感官所察大的能被感官所察觉 的物体。的物体。热力学研究的力学研究的对象象.外界：外界：热力学系力学系统以外的物体。以外的物体。第6页，共18页，编辑于

5、2022年，星期日二、宏二、宏观量与微量与微观量量 1.宏宏观量量 宏宏观描述：描述：对一个系一个系统的状的状态从整体上加以描述的方法。从整体上加以描述的方法。宏宏观量：宏量：宏观描述中用到的表征系描述中用到的表征系统状状态和属性的物理量。和属性的物理量。可用可用仪器直接器直接测量量,可被人的感官察可被人的感官察觉。如如:V、E、P、T、C2.微微观量量 微微观描述：通描述：通过对微微观粒子运粒子运动状状态的的说明而明而对系系统的状的状态加加 以描述以描述的方法。的方法。微微观量：描述系量：描述系统内微内微观粒子的运粒子的运动状状态所用的物理量。所用的物理量。如分子的如分子的质量量m、直径、直

6、径d、速度、速度、动量等。量等。不能直接不能直接测量，不能被人的感官察量，不能被人的感官察觉。宏宏观量是微量是微观量的量的统计平均平均值。第7页，共18页，编辑于2022年，星期日A AB B汽汽水水三、平衡态三、平衡态热力学系统的热力学系统的平衡态平衡态：在：在不受外界影响不受外界影响的条件下，系统的的条件下，系统的宏观性质宏观性质不随时间改变不随时间改变的状态。的状态。系统处于平衡态时，系统的系统处于平衡态时，系统的宏观量宏观量具有稳定值，而单个粒子的具有稳定值，而单个粒子的微观量微观量在不断变化。在不断变化。动态平衡！动态平衡！平衡平衡态是一个理想化模型。是一个理想化模型。我们主要研究平

7、衡态的热学我们主要研究平衡态的热学规律。规律。第8页，共18页，编辑于2022年，星期日100 100 o oc c0 0 o oc c金属杆金属杆金属杆金属杆注意：注意：平衡态与稳恒态的区别：稳恒态不随时间变化，但与外界有能量交平衡态与稳恒态的区别：稳恒态不随时间变化，但与外界有能量交换，稳恒态是非平衡态。换，稳恒态是非平衡态。对平衡态的理解应将对平衡态的理解应将“无外界影响无外界影响”与与“不随时间变化不随时间变化”同时同时考虑，缺一不可。考虑，缺一不可。第9页，共18页，编辑于2022年，星期日四四、平衡平衡态的状的状态参量参量 确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量。确定平衡态的宏观性质

8、的量称为状态参量。常用的状态参量有四类：常用的状态参量有四类：几何参量（如：气体体积）几何参量（如：气体体积）力学参量（如：气体压强）力学参量（如：气体压强）化学参量（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔化学参量（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔 数等）数等）电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化和磁化强电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化和磁化强 度等）度等）温度温度T反映物反映物质分子运分子运动的的剧烈程度。烈程度。第10页，共18页，编辑于2022年，星期日1.2 温度的概念温度的概念 热平衡热平衡热力学第热力学第0定律定律温度温度第11页，共18页，编辑于2022年，星期日AB隔能板隔能

9、板AB导能板导能板 A、B 两体系互不影响，两体系互不影响，各自达到平衡态各自达到平衡态。A、B 两体系的平衡态有联两体系的平衡态有联系，将达到共同的热平衡状态。系，将达到共同的热平衡状态。热平衡热平衡第12页，共18页，编辑于2022年，星期日热力学第热力学第0定律定律AC导能板导能板B隔能板隔能板 如果两个系统分别如果两个系统分别与处于确定状态的第与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也则这两个系统彼此也将处于热平衡。将处于热平衡。处于同一平衡态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观处于同一平衡态的所有热力学系统都具有一个共同的宏观性质，这个决定系统热平衡

10、的宏观性质定义为性质，这个决定系统热平衡的宏观性质定义为温度。温度。温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的宏观性质温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的宏观性质。第13页，共18页，编辑于2022年，星期日温标温标温标温标以第以第0 定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后就成为一个可测量的宏观量。就成为一个可测量的宏观量。对温度进行量化，首先必须确定温标。对温度进行量化，首先必须确定温标。*温标定义温标定义温标定义温标定义：温度的数值表示法。温度的数值表示法。*温标分类温标分类温标分类温标分类：经验温标经验温标 热力学热力学温标

11、温标 国际温标国际温标 1.3 理想气体温标理想气体温标 热力学第三定律热力学第三定律1.1.理想气体模型（宏观）理想气体模型（宏观）在各种压强下都严格遵守玻意耳定律的气体在各种压强下都严格遵守玻意耳定律的气体玻意耳定律：玻意耳定律：（一定质量气体、温度不变时）（一定质量气体、温度不变时）pV=pV=常量常量第14页，共18页，编辑于2022年，星期日2.2.理想气体温标理想气体温标 一定质量理想气体一定质量理想气体标准温度定点为标准温度定点为水的三相点温度水的三相点温度例：定体气体温度计例：定体气体温度计3.3.热力学温标（理论温标）热力学温标（理论温标）在理想气体温标有效范围内，在理想气体

12、温标有效范围内，理想气体温标与理想气体温标与热力学温标热力学温标完全一致。完全一致。泡泡B毛细管毛细管指示针指示针hMMO水银水银体积体积保持保持不变不变 1标准大气压下，冰水混合，标准大气压下，冰水混合，B 上留一刻痕，上留一刻痕，水沸腾，水沸腾，再留一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（再留一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（Co）。）。摄氏温标摄氏温标t：4.热力学第三定律：热力学第三定律：热力学热力学零度（绝对零度）不能达到。零度（绝对零度）不能达到。第15页，共18页，编辑于2022年，星期日一定质量同种理想气体满足：一定质量同种理想气体满足：注：注：R=8.31R=8.31（J/mol.

13、K)J/mol.K)，称为普适气体常数。，称为普适气体常数。以以m m表示气体的质量，以表示气体的质量，以M M表示气体的摩尔质量，表示气体的摩尔质量，N(N(分子数密度）表示分子数密度）表示体积体积V V中的气体分子数，中的气体分子数，N NA A=6.02310=6.023102323/mol/mol，则，则为摩尔数为摩尔数玻尔兹曼常数：玻尔兹曼常数：1.4 理想气体状理想气体状态方程方程n-气体分子数密度气体分子数密度，单位体位体积内的分子内的分子数数。第16页，共18页，编辑于2022年，星期日 常用常用P-V P-V 图中的一条曲线来表示系统的图中的一条曲线来表示系统的热力学过程热力学过程，曲线上任一点都，曲线上任一点都表示气体的一个表示气体的一个平衡态。平衡态。oVP状态图状态图克拉伯龙方程克拉伯龙方程PVPV=R=RT TT T不变不变PVPV=constant=constant；玻；玻马定律马定律P P不变不变V/TV/T=constant=constant；盖；盖吕萨克定律吕萨克定律V V不变不变P/TP/T=constant=constant；查理定律；查理定律第17页，共18页，编辑于2022年，星期日作业作业第一章第一章1.11.61.71.9第18页，共18页，编辑于2022年，星期日