第一章 温度

热力学第零定律的物理意义 •互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征， 即它们的温度是相同的。 •第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了
判别温度是否相同的方法。
温度计
二、温标 温度的数值表示法叫做温标
•选择测温物质和测温参量（属性） 经验温标的三要素 •选定固定点 •进行分度，即规定测温参量 随温度的变化关系
把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度） 之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称状态方程。
一、理想气体物态方程 1、玻意耳定律
一定质量的气体，温度不变 pV=C 注意：（1）温度不变，pV为一常数；温度改变，常数也要改变
（2）p不太大，T要不太低时适用；p越低，遵守得越好。
2、理想气体状态方程
二、平衡态(equilibrium state)
在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的 状态，称为平衡态。 孤立系统
真空
在不受外界条件影响下，经过足够 长时间后系统必将达到一个宏观上 看来不随时间变化的状态
p
*( p , V , T )
( p ,V ,衡
0
t是摄氏温标 TR是兰（金）氏温标
0
TR 1.8T (
TR [ 0 tF F
R
)
0
K
459.67] R
温度
热力学温度
单 符 位 号 K C F R T t tF
固定点的温度值
绝对零度
冰点 273.15
三相点 汽点 273.16 0.01 32.02 491.69 373.15 100.00 212.00
pV m Mm RT RT
3、普适气体常数R
R ptrtr 273.16 K 1摩尔理想气体在压强为1atm, 温度为273.15K时
0 22.41383 10 m p00 RT0
R p00 T0
3
3
4、混合理想气体物态方程
p 1 RT V 2 RT V n RT V p1 p2 pn ABC
注意
1）理想化； 2）动态平衡。
三、状态参量 状态参量
系统处在平衡态时，描述系统状态的变数。
几何参量：体积 力学参量：压强 化学参量：摩尔数，浓度，质量 电磁参量：电场强度，电极化强度，磁化强度 热学参量：温度
宏观量
表征系统宏观性质的物理量
如系统的体积V、压强P、温度T等 可直接测量 分为广延量和强度量 广延量有累加性－如质量M、体积V、内能E等 强度量无累加性－如压强 P，温度T等
范德瓦耳斯方程： （p a Vm
2
） m b ) RT ,(1mol 范氏气体) (V
若气体质量为m，体积为V , 则范氏方程为： [p( m Mm ) (
2
a V
2
)][V (
m Mm
)b]
m Mm
RT
2、昂尼斯方程：
pV A
B V

C V
2
......
与热力学温度的 关系
通用 情况
国际通用 国际通用
0
T=T
t
0
摄氏温标 华氏温标 兰氏温标
-273.15 0.00 -459.67 32.00 491.67

T K
273.15
C

t
0
F
9 T 459.67 5 K
英美等国 使用 英美等国 使用
TR 0
671.67
TR 1.8T
国际实用温标
膨胀测温法：玻璃液体温度计、 双金属温度计 压力测温法：压力表式温度计、 实用温度 计简介
蒸汽压温度计
电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、 半导体温度计、频率温度计 声学测温法：声学温度计 辐射测温法
§ 3. 平衡态
气体的状态方程
Ti Ti ( pi ,Vi ,m )或f i (Ti , pi ,Vi ,m ) 0
处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因 为碰撞， 每个分子的速度经常在变，但是系统的宏
观量不随时间 改变。
例如：粒子数 箱子假想分成两相同体积的部分， 达到平衡时，两侧粒子有的穿越
界线，但两侧粒子数相同。
平衡态的特点
p,T 1）单一性（ p，T处处相等）;
2）物态的稳定性—— 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡（有别于力平衡）.
T ( p) pV0
R
V0
V0不变
Ptr为该气体温度计在水的三相点（气、液、 ptr 273.16 K 固三相共存）时的压强
T ( p ) 273.16 K lim p ptr
ptr 0
R
（体积不变）
T(p) 374.0
T(p)=373.15K
O2
空气 373.2 373.0 200 400 600 800 N2 H2 1000
由气体温度计所 定出的温标称为 理想气体温标
Ptr/(133.3224Pa)
五、热力学温标
是一种不依赖于测温物质和测温属性的温标。
在理想气体温标有效范围内二者一致。
单位：K (Kelvin)
规定： T3=273.16K
六、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标
tF [ 5 9 t
0
C
32] F
温标的建立 以液体－摄氏温标为例
（1）水银－测温度 体积随温度变化－测温属性 （2）1atm 水冰点－0摄氏度 沸点 －100摄氏度 （3）确定测温属性随温度的变化关系
三、气体温度计 定容气体温度计 气体的体积保持不变，压强随温度改变 定压气体温度计 气体的压强保持不变，体积随温度改变
四、理想气体温标 以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积 （压强）不变时压强（体积）与温度成正比关系所 确定的温标称为理想气体温标
第一章 温 度
§1. 平衡态
状态参量
§2. 温度
§3. 气体的状态方程
§1. 平衡态
一、热力学系统
状态参量
热力学系统（简称系统）：被确定为研究对象的物体 或物体系，或热学所研究的对象。 外界：系统边界外部 孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统 封闭系统：与外界不交换物质但可交换能量的系统 开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统
2 体积V 何描述）. 单位：
: 气体所能达到的最大空间（几
1m3 103 L 103dm3
3 温度T : 气体冷热程度的量度（热学描 述）. 单位：温标K （开尔文）.T 273 . 15 t
§2. 温
度
一、热力学第零定律 热交换：传热但不交换粒子 热平衡：两个系统在热交换的条件下达到了一 个共同的平衡态。
在不受外界影响的情况下，只要A和B同时与C处于热 平衡，即使A和B没有接触，它们仍然处于热平衡状态， 这种规律被称为热力学第零定律。
为了描绘一个系统与另外一个系统处于 热平衡 需要一个物理量：温度
（1）日常生活中，常用温度来表示冷热的程度 （2）在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡 系统的微观粒子热运动强弱程度的度量 温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件： 处于热平衡的系统 温度相同的系统 温度 一定处于热平衡
微观量
描写单个微观粒子运动状态的物理量
一般只能间接测量 如分子的质量 m、大小 d、速度 v等
气体的物态参量及其单位（宏观量）
1 气体压强p ：作用于容器壁上 单位面积的正压力（力学描述）.
单位：
1Pa 1N m2
0 C
p ,V , T
标准大气压： 45纬度海平面处,
时的大气压.
1atm 1.013105 Pa
pV (1 2 n ) RT
注意：
（1）p1 , p2 ,..., pn 是各混合气体在同温同体积同摩尔数时的 压强； （2）气体压强比较低时适用。
二、非理想气体的状态方程
1、范得瓦耳斯方程 范得瓦耳斯气体： 分子模型 考虑分子大小－斥力 互相吸引
1摩尔范式气体（a,b对于一定的气体来说是常数）