第一章 热学绪论
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热学 绪论
二、科学成就 阿伏伽德罗毕生致力于化学和物理学中关于 原子论的研究。当时由于道耳顿和盖-吕萨克的工 道耳顿和盖 原子论的研究。当时由于道耳顿和盖 吕萨克的工 作，近代原子论处于开创时期，阿伏伽德罗从盖近代原子论处于开创时期，阿伏伽德罗从盖 吕萨克定律得到启发， 吕萨克定律得到启发，于1811年提出了一个对近代 年提出了一个对近代 科学有深远影响的假说： 科学有深远影响的假说：在相同的温度和相同压 强条件下， 强条件下，相同体积中的任何气体总具有相同的 分子个数。但他这个假说却长期不为科学界所接 分子个数。 受，主要原因是当时科学界还不能区分分子和原 同时由于有些分子发生了离解， 子，同时由于有些分子发生了离解，出现了一些 阿伏伽德罗假说难以解释的情况。直到1860年， 阿伏伽德罗假说难以解释的情况。直到 年 阿伏伽德罗假说才被普遍接受， 称为阿伏伽德 阿伏伽德罗假说才被普遍接受，后称为阿伏伽德 罗定律。它对科学的发展， 罗定律。它对科学的发展，特别是原子量的测定 工作，起了重大的推动作用。 工作，起了重大的推动作用。
阿伏伽德罗 一、生平简介 阿伏伽德罗(Ameldeo Arogadro 1776～1856) 阿伏伽德罗 ～ 意大利自然科学家。 意大利自然科学家。1776年8月9日生于都灵的一 年 月 日生于都灵的一 个贵族家庭，早年致力于法学工作。 个贵族家庭，早年致力于法学工作。1796年得法 年得法 学博士后曾任地方官吏。他从1800年起开始自学 学博士后曾任地方官吏。他从 年起开始自学 数学和物理学。 年发表了第一篇科学论文。 数学和物理学。1803年发表了第一篇科学论文。 年发表了第一篇科学论文 1809年任末尔利学院自然哲学教授。1820年都灵 年任末尔利学院自然哲学教授。 年任末尔利学院自然哲学教授 年都灵 大学设立了意大利的第一个物理讲座， 大学设立了意大利的第一个物理讲座，他被任命 为此讲座的教授， 年由于政治上的原因， 为此讲座的教授，1822年由于政治上的原因，这 年由于政治上的原因 个讲座被撤销，直到1832年才恢复，1833年阿伏 个讲座被撤销，直到 年才恢复， 年阿伏 年才恢复 伽德罗重新担任此讲座的教授，直到1850年退休。 年退休。 伽德罗重新担任此讲座的教授，直到 年退休 1856年7月9日在阿伏伽德罗在都灵逝世。终年 日在阿伏伽德罗在都灵逝世。 年 月 日在阿伏伽德罗在都灵逝世 终年80 岁。
第一章 热学绪论.讲义
选定固定点:
1954年以后，国际上规 定水的三相点为固定点---标准温度点
.
T ( X tr ) 273.16K
对于任何温度计都有：
T ( X1) X1 T ( X tr ) X tr
X T ( X ) 273.16K X tr
:::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: ::::
三.19世纪~20世纪初
热力学和统计物理学都获得了长足的发展，由 彼此的相互隔绝到后来的互相结合，最终导致了 统计热力学的产生。 四.20世纪初以后
这个时期出现了大量统计物理学和非平衡态理论。 形成了现代理论物理学最重要的一部分。 非平衡态理论还很不完善，有待继续研究和 发展。希望大家学好本专业理论，打下扎实的基 础，为热学的进一步发展作出贡献！
测温属性：测温质的某一随温度变化的属性
测温参量：表示测温属性的物理量
规定测温参量随温度的变化关系:
X:
表示测温参量
T ( X ) : 温度计与被测系统达到热平衡时的温度值
如果规定 T ( X ) 与
X 成正比，令： T ( X ) aX
T ( X1) X1 T(X2) X2
测温参量为X的同一温度计所测定的两个物体的 温度之比跟这两个温度所对应的X值之比相等。
热学第一章 绪 论
❖ 19世纪三、四十年代，蒸汽机在欧洲和北美被广泛采用， 开启了“蒸汽机时代”。
❖ 蒸汽机的研制推动热力学理论和热工程技术的不断发展。
• 热力学定律的建立
❖热力学第一定律诞生背景
1）为蒸汽机的进一步发展， 迫切需要研究热和功的关系， 以提高热机效率，适应生产力发展的需要。 第一类永动机 2）能量转化与守恒思想的萌发 俄国的赫斯，1836年：“不论用什么方式完成化合， 由此发出的热总是恒定的。” 1830年，法国萨迪·卡诺：“准确地说，它既不会 创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。”
❖ 1842年3月，迈尔发表《关于无机界的力的看法》
第一次提出热功当量的概念。
❖ 为了弄清热与功的关系，焦耳从 1840 年起做了近40 年的实验。 用绝热性能良好的材料将容器包好， 重物下落带动叶片搅拌容器里的水， 引起水温升高。 实验表明热和功是能量传递与转换 的两种不同形式，并可以一定的当 量关系相互转换。
1、热力学第一定 律； 2、热力学第二定 律； 3、热机。
总论
量热与量温 热传递的一般规律 热力学平衡态的特征及充要条件 热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程
分子运动论 （微观理论）
1、分子运动论的实验 基础及基本论点；
2、理想气体分子运动 的规律（平衡态）；
3、理想气体内迁移规 律（非平衡态）。
W = JQ
❖ 蒸汽机的研制推动热力学理论和热工程技术的不断发展。
• 热力学定律的建立
❖热力学第一定律诞生背景
1）为蒸汽机的进一步发展， 迫切需要研究热和功的关系， 以提高热机效率，适应生产力发展的需要。 第一类永动机 2）能量转化与守恒思想的萌发 俄国的赫斯，1836年：“不论用什么方式完成化合， 由此发出的热总是恒定的。” 1830年，法国萨迪·卡诺：“准确地说，它既不会 创生也不会消灭，实际上，它只改变了它的形式。”
❖ 1842年3月，迈尔发表《关于无机界的力的看法》
第一次提出热功当量的概念。
❖ 为了弄清热与功的关系，焦耳从 1840 年起做了近40 年的实验。 用绝热性能良好的材料将容器包好， 重物下落带动叶片搅拌容器里的水， 引起水温升高。 实验表明热和功是能量传递与转换 的两种不同形式，并可以一定的当 量关系相互转换。
1、热力学第一定 律； 2、热力学第二定 律； 3、热机。
总论
量热与量温 热传递的一般规律 热力学平衡态的特征及充要条件 热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程
分子运动论 （微观理论）
1、分子运动论的实验 基础及基本论点；
2、理想气体分子运动 的规律（平衡态）；
3、理想气体内迁移规 律（非平衡态）。
W = JQ
传热学绪论+第一章和第二章+习题讲解
8.
qr
t r
q
1 r
t
qz
t z
第一章
x r cos; y r sin ; z z
第一章
dQr qr rd dzd
dQrdr qrdr rd dzd
qr
qr r
dr rd
dzd
t
z
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drddzd
第一章
内热源发热量：Ⅱ 0
热力学能增量：Ⅲ c t rdrddzd
由能量守恒有：ⅠⅡ Ⅲ
c t
1 r
r t
r r
r 2
t
230 170
0.52
Rl 3
1
2 3
ln
d4 d3
1 ln
2 0.17
310 230
0.28
Rl 2 Rl3 Rl1
3
Rli Rl1 Rl2 Rl3 0.8
i 1
第二章
16.(2)
ql
Rl1
tw1 tw4 Rl2 Rl3
35 266.55 34 74.64 11.9kW
大学传热学第一章 绪论
导热
• 定义：物体各部分之间不发生相对位移时，依靠分子、 原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递 称为导热（或热传导）。
• 实例：固体内部的热量传递；彼此相互接触的具有不同 温度的物体之间的热量传递等。
• 计算：傅立叶定律
平壁导热计算公式
A tw1
t w2
q
t w1
t w2
A
对流
• 定义：由于流体的宏观运动，使流体各部分之间发生相 对位移、冷热流体相互掺混所引起的热量传递称为热对 流，简称对流。对流仅发生在流体中，而且由于流体中 的分子在对流时同时进行着不规则的热运动，因而对流 必然伴随导热同时进行。
• 对流换热：当流体流过一个固体表面时，若流体温度与 固体表面温度不同，则两者之间有热量的传递，此时流 体与固体表面间的热量传递过程称为对流换热。
• 实例：流体与暖气片之间的换热；管内流体与管壁的换 热等。
• 计算：牛顿冷却公式
牛顿冷却公式
Aht t
w
f
q ht t
A
w
f
热辐射
• 模拟法：利用同类现象可比拟的特点，用已知现 象的规律模拟所要研究的现象。
• 实验法：通过试验的方法来获得所要研究问题解 的方法。
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第三节 传热学发展简史
• 本节内容请同学自学。
化工热力学第一章.
1913年能斯脱补充了关于绝对零度的定律，称为热力 学第三定律。（绝对零度完整晶体的熵值等于0）
化工热力学 第一章 绪 论
二.热力学的研究范围
研究与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。 预言物质状态变化的趋势。 研究伴有热效应体系的平衡。 利用热力学定律的数学表达式，采用演绎的方法得到
化工热力学 第一章 绪 论
三.热力学的研究方法
热力学
经典热力学 统计热力学
宏观研究方 法 微观研究方法
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）之间的关系
。把组成物质的大量分子、原子等微观粒子作为一个整体，用
宏观物理量来描述它的状态，以宏观观点研究物质之间的相互
作用。不研究物质内部微观粒子的运动，而是通过大量宏观现
化工过程开发的目的： 产品开发（新产品） 工艺工程开发（新工艺） 工艺改进 应用开发
国家鼓励的基础研究领域有化工热力学、界面现象与传递 过程、新型分离技术、生物工程、绿色化工等。
化工过程开发的特点： 多方案性 能源、资源的充分利用 环保、安全性 技术经济性 放大是化工开发的核心
大量的公式,解决范围广泛的实际问题和理论问题。 热力学: 研究能量、能量转换以及转换有关的物性关系的科学。
化工热力学 第一章 绪 论
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以 这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热 力学关系与结论,显然具有高度的普遍性、可靠性 与实用性,可以应用于机械工程、化学、化工等各 个领域,由此形成了工程热力学、化学热力学、化 工热力学等重要的分支。化学热力学主要讨论热 化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力学主要 研究热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、 各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途 径。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为 基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。
化工热力学 第一章 绪 论
二.热力学的研究范围
研究与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。 预言物质状态变化的趋势。 研究伴有热效应体系的平衡。 利用热力学定律的数学表达式，采用演绎的方法得到
化工热力学 第一章 绪 论
三.热力学的研究方法
热力学
经典热力学 统计热力学
宏观研究方 法 微观研究方法
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）之间的关系
。把组成物质的大量分子、原子等微观粒子作为一个整体，用
宏观物理量来描述它的状态，以宏观观点研究物质之间的相互
作用。不研究物质内部微观粒子的运动，而是通过大量宏观现
化工过程开发的目的： 产品开发（新产品） 工艺工程开发（新工艺） 工艺改进 应用开发
国家鼓励的基础研究领域有化工热力学、界面现象与传递 过程、新型分离技术、生物工程、绿色化工等。
化工过程开发的特点： 多方案性 能源、资源的充分利用 环保、安全性 技术经济性 放大是化工开发的核心
大量的公式,解决范围广泛的实际问题和理论问题。 热力学: 研究能量、能量转换以及转换有关的物性关系的科学。
化工热力学 第一章 绪 论
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以 这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热 力学关系与结论,显然具有高度的普遍性、可靠性 与实用性,可以应用于机械工程、化学、化工等各 个领域,由此形成了工程热力学、化学热力学、化 工热力学等重要的分支。化学热力学主要讨论热 化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力学主要 研究热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、 各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途 径。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为 基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。
第1章-绪论(2)-简化版
第1章 绪论／1－3 传热过程与热阻
2 热阻
利用热阻的概念分析传热 过程：
第1章 绪论／1－3 传热过程与热阻
2 热阻
传热过程的总热阻等于三个串联换热环节的热阻之和：
1 1 Rk h1 A A h2 A
第1章 绪论／1－3 传热过程与热阻
2 热阻
利用热阻和等效热阻网络图分析传热问题——分析传热 问题的一种基本方法，特别有利于分析复合传热过程
2 控制容积的能量守恒原理
时间段Δτ内的能量守恒：
Ein Ev Eout Es
Ein为Δτ时间内从各个方向以各种方式进入控制容积的
热量 Ev为Δτ时间内控制容积内热源产生的热量 Eout为Δτ时间内从各个方向以各种方式离开控制容积的 热量 ΔEs为控制容积中储存热能的增加
第1章 绪论／1－4 传热学中的能量守恒
传热过程的构成：
——高温流体与固体壁面的对流传热
——通过固体壁面的导热
——固体壁面与低温流体的对流传热
过程特点：
——稳态时，三个环节的热流量应相等
第1章 绪论／1－3 传热过程与热阻
1 传热过程
注意：
——传热过程”这一术语的特定内涵 导热、对流、辐射中的任何一种热量传递方式，不能称
物理化学课件 第一章 热力学
第一章 热力学第一定律和热化学
The first law of themodynamics and thermochemistry
第一节 热力学概论
一. 热力学
热力学(Thermodynamics)： 研究宏观系统各种过程中能量相互转换所遵循的规 律的科学， 化学热力学：
热力学应用于化学及其相关的过程 主要原理：
1 mol H2
1 mol H2
0 oC ，1atm
0 oC ，0.5 atm
22.4 dm3
44.8 dm3
状态 1
状态 2
确定系统的状态需要的状态性质数：见相率一章，对于含n个
物质的封闭系统，需要指定n+2种性质。
(二) 状态函数（State function）
由系统状态确定的各种热力学性质，称为系统的状态函数
V = f(T, p) dV = (V/ T)pdT + (V/ p)pdp
H2O (s, 25oC,1 atm ) H2O (g, 25oC,1 atm )
H2O (l, 25oC, 1 atm )
4. 不同状态函数的初等函数（+ - x /）也是状态 函数
G = H – TS; H ＝ U + pV
内容：通过导热壁分别与第三个物体达热平衡的任意两个物 体彼此间也必然达热平衡。
定律延伸：任一热力学均相体系，在平衡态各自存在一个称 之为温度的状态函数，对所有达热平衡的均相体系，其温 度相同。
The first law of themodynamics and thermochemistry
第一节 热力学概论
一. 热力学
热力学(Thermodynamics)： 研究宏观系统各种过程中能量相互转换所遵循的规 律的科学， 化学热力学：
热力学应用于化学及其相关的过程 主要原理：
1 mol H2
1 mol H2
0 oC ，1atm
0 oC ，0.5 atm
22.4 dm3
44.8 dm3
状态 1
状态 2
确定系统的状态需要的状态性质数：见相率一章，对于含n个
物质的封闭系统，需要指定n+2种性质。
(二) 状态函数（State function）
由系统状态确定的各种热力学性质，称为系统的状态函数
V = f(T, p) dV = (V/ T)pdT + (V/ p)pdp
H2O (s, 25oC,1 atm ) H2O (g, 25oC,1 atm )
H2O (l, 25oC, 1 atm )
4. 不同状态函数的初等函数（+ - x /）也是状态 函数
G = H – TS; H ＝ U + pV
内容：通过导热壁分别与第三个物体达热平衡的任意两个物 体彼此间也必然达热平衡。
定律延伸：任一热力学均相体系，在平衡态各自存在一个称 之为温度的状态函数，对所有达热平衡的均相体系，其温 度相同。
传热学1章绪论总结问答题及答案.
绪论
一、名词解释
热流量：单位时间通过某一面积所传递的热量，单位：W
热流密度：单位时间通过单位面积的热流量(W／m2
对流换热：流体流过固体壁面时，流体与固体壁面间产生热量传递的过程
传热过程：热流体通过固体壁而将热量传给另一侧冷流体的过程
二、解答题和分析题
1、热能、热量、热流量与热流密度有何联系与区别？
答：热能：物质所具有的内动能(广延量，物质的微观运动属性。单位：焦耳J。
热量Q：系统与外界依靠温差传递的能量(过程量。单位：焦耳J。
热流（量）φ：单位时间通过某一面积所传递的热量。单位：瓦特w 。
热流密度q：通过单位传热面上的热流量。单位：W／m2。
相互关系：其中是时间
2、描述导热、对流换热及辐射换热三种传递方式之间的联系与区别。
或（热量的传递有哪三种基本方式？试用简练的语言说明这三种热传递方式之间的联系和区别。）。
答：热量传递的三种基本方式为：热传导、热对流和热辐射。
1）导热和热对流的区别在于：物体内部依靠微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，称为导热；热对流则是流体各部分之间发生宏观相对位移及冷热流体的相互掺混所导致的热量传递过程
2）导热和热对流的联系是：在发生热对流的同时必然伴随有导热。这两种热量传递方式，只有在物质存在的条件下才能实现，
3）热辐射指由于热的原因而发出辐射能的现象，热辐射可以在真空中传播，辐射换热时不仅有能量的转移还伴有能量形式的转换。
注意：若考试是“对流换热”则把“热对流”的定义换成“对流换热”
3、“热对流”与“对流换热”是否为同一现象?对流换热是否属于基本的传热方式? 答：热对流与对流换热是两个不同的概念．属于不同现象，其区别为：
热力学第1章 绪论
谁？
你要想成功，需要朋友 的支持； 你要想做大事，就需要 敌人。
本课程的境界： 在热力学的视野中 什么都可以估算
教材 参考书
教 材： 陈钟秀，顾飞燕，胡望明. 化工热力学.第三 版.北京：化学工业出版社，2012 主要参考书： 1 马沛生. 化工热力学. 北京：化学工业出 版社，2005 2 陈新志，蔡振云，胡望明. 化工热力学.第 二版. 北京：化学工业出版社，2008 3 施云海.化工热力学.上海：华东理工大学 出版社,2007
5 Stanley I. Sandler. Chemical and Engineering Thermodynamics. 3 rd ed. 北京：化学工业出版 社，2002
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第1章 绪论
Introduction
1.6. 热力学的研究方法
1.6.2 利用抽象的概括的理想的方法来处理问 题，当用于实际问题时，加以适当修正。 ①比例系数法 理想气体pV=RT（1摩尔） 真实气体pV=Z RT (1摩尔) Z-压缩因子 ②代数法 剩余函数MR= M -M’ 真实的-理想的 超额函数ME= M - Mid 真实的–理想的
1.2.2 热力学的分支
⑶化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 研究在化学工程中的热力学问题，化 工热力学具有化学热力学和工程热力学 的双重特点。它既要解决能量的利用问 题，又要研究解决相际之间质量传递与 化学反应方向与限度等问题。
你要想成功，需要朋友 的支持； 你要想做大事，就需要 敌人。
本课程的境界： 在热力学的视野中 什么都可以估算
教材 参考书
教 材： 陈钟秀，顾飞燕，胡望明. 化工热力学.第三 版.北京：化学工业出版社，2012 主要参考书： 1 马沛生. 化工热力学. 北京：化学工业出 版社，2005 2 陈新志，蔡振云，胡望明. 化工热力学.第 二版. 北京：化学工业出版社，2008 3 施云海.化工热力学.上海：华东理工大学 出版社,2007
5 Stanley I. Sandler. Chemical and Engineering Thermodynamics. 3 rd ed. 北京：化学工业出版 社，2002
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第1章 绪论
Introduction
1.6. 热力学的研究方法
1.6.2 利用抽象的概括的理想的方法来处理问 题，当用于实际问题时，加以适当修正。 ①比例系数法 理想气体pV=RT（1摩尔） 真实气体pV=Z RT (1摩尔) Z-压缩因子 ②代数法 剩余函数MR= M -M’ 真实的-理想的 超额函数ME= M - Mid 真实的–理想的
1.2.2 热力学的分支
⑶化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 研究在化学工程中的热力学问题，化 工热力学具有化学热力学和工程热力学 的双重特点。它既要解决能量的利用问 题，又要研究解决相际之间质量传递与 化学反应方向与限度等问题。
第一章 绪论
3
1.1.2热力学的发展史
第二个阶段： 19世纪中期到19 世纪70年代末 此阶段热力学的第一定律和第二定律已完全理论化。 由于功热互换原理建立了热力学第一定律，由第一定律和
卡诺理论的结合，导致热力学第二定律的成熟。
4
1.1.2热力学的发展史
第三个阶段： 19世纪70年末到20世纪初 这个时间内，首先由波尔兹曼将热力学与分子动力学
除以体系物质的量mol），容量性质就转换成了强度性质
（比性质）。
21
1.2.2状态与状态函数
状态函数的性质
（1）状态一定，体系的所有性质都是确定的。
（2）状态改变了，不一定所有性质都改变，但性质改变了，
状态一定改变。 例：理想气体的等温过程（p1，V1）→（p2，V2），状 态改变了，T不变。 （3）状态函数的变化值只与体系始终态有关，而与变化途 径无关。
1
第一章 绪论
1.1 关于热力学的研究概况
☆ 学习热力学的重要性
☆ 热力学的发展史
☆ 热力学的研究方法 ☆ 热力学的学习方法
2
1.1.1学习材料热力学的重要性
1.1.1学习热力学的重要性
以宏观热力学和统计热力学的原理和方法研究体系的
热力学性质，解决物质变化过程的能量平衡、相平衡和反
应平衡等问题，称谓热力学。 热力学是一门重要的基础课程，它可以应用于一切科 学与工程领域，能够熟练应用热力学与动力学理论来分析 解决问题是工程类研究人员应该具有的能力和素质。
传热学-第1章 绪论
固体
如果固体表面面积为A，则对流换热量为：
Q q A hA t (W )
流体 tf
tw
△t= |tw –tf|
对流传热系数(表面传热系数)
（Convection heat transfer coefficient）
hQ(A (twt)) W(m 2K)
—当流体与壁面温度相差1度时、每单位壁面面积上、单位时 间内所传递的热量。表征对流传热过程强弱的物理量
Heat Transfer
1. 热传导与Fourier定律 Fourier’s Law of Heat Conduction
热传导的特点
回答了我们热传导发生的关键要素
a 必须有温差；b 物体直接接触；c 依靠分子、原 子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量；d 在引 力场下单纯的导热只发生在密实固体中。
xHale Waihona Puke Baidu
0.01
最后，根据能量守恒原则得：
混 凝
0.49 30.0 00 5 t0.79 t0 .1 00 10t 1 7.66
土
q120.93
注意，检查上述温度分布曲线的正确性！
例3
一块厚度δ=50 mm 的平板， 两侧表面分别维持 在 tw 130 oC ,0 tw 210 oC .0试求下列条件下的热流密度。
对流传热的特点
当流体流过一个物体表面时的热量传递过程，它与单纯的热对流 不同，具有如下特点：a）导热与热对流同时存在的复杂热传递过 程；b）必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动；也必须有温 差；c）壁面处会形成速度和温度梯度很大的边界层
第1章 绪 论
第1章绪论
1.1热力学的发展
热力学是一门研究能量、能量传递和转换以及能量与物质物性之间普遍关系的科学。热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作功成为重要的研究课题。
1798年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对功转换为热进行研究。他在1798年的一篇论文中指出，制造枪炮所切下的铁屑温度很高，而且不断切削，高温铁屑就不断产生。既然可以不断产生热，热就非是一种运动不可。1799年，英国化学家 Humphry Davy (1778-1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。当时，他们的工作并未引起物理界的重视，原因在于还没有找到热功转换的数量关系。
1842年，德国医生Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度与暴风雨的启发，提出了热与机械运动之间相互转化的思想，并从空气的比定压热容和比定容热容之差算出热的功当量。1847年，德国物理学家和生物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894)发表了“论力的守衡”一文，全面论证了能量守衡和转化定律。1843-1848年，英国酿酒商 James Prescott Joule (1818 - 1889) 以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律的实验基础。
热学绪论
二、热学研究的对象与方法 热学研究的对象 ： 热现象、 热现象、 热运动 热力学-----宏观理论 宏观理论) 热力学-----宏观理论) 统计物理学----微观理论 微观理论) 统计物理学----微观理论) 气体动理学理论 、物性学
温度: 温度:表示物体的冷热程度 . 热现象:与温度有关的物理性质的变化. 热现象:与温度有关的物理性质的变化. 热运动: 热运动 : 组成物质的大量微观粒子的无规运 动。 热物理学:研究有关物质的热现象, 热物理学:研究有关物质的热现象,热运动以 及与热相联系的各种规律的科学。 及与热相联系的各种规律的科学。 热物理学研究的是由数量很大很大的大 数微观粒子所组成的系统。 数微观粒子所组成的系统。大量微观粒子的 无规热运动，决定了宏观物质的热学性质。 无规热运动，决定了宏观物质的热学性质。
普通物理学” 一、 “普通物理学” 课程 的教学基本要求
“普通物理学” 课程是理科物 普通物理学” 理类专业的重要基础课，由力学、 理类专业的重要基础课，由力学、 热学（分子物理学）、电磁学、 ）、电磁学 热学（分子物理学）、电磁学、光 学和原子物理学这五个部分组成。 学和原子物理学这五个部分组成。 各个部分单独设课。 各个部分单独设课。
不仅是我们在学习“热学” 不仅是我们在学习“热学”课程时颇 有困难， 有困难，即使是著名的大物理学家也都 对此深有感触。 对此深有感触。 爱因斯坦曾经说： 一个理论， 爱因斯坦曾经说： “一个理论，如 果它的前提越简单， 果它的前提越简单，而且能说明的各种 类型的问题越多，适用的范围越广， 类型的问题越多，适用的范围越广，那 么它给人的印象就越深刻。因此， 么它给人的印象就越深刻。因此，经典 热力学是具有普遍内容的、 热力学是具有普遍内容的、唯一的物理 理论，我深信， 理论，我深信，在其基本概念适用的范 围内是绝不会被推翻的。 围内是绝不会被推翻的。”
第1章(第一篇)绪论
高等传热学
第一篇概述
第一章绪论
本章讨论的是传热这种物理现象的定义，关于传热的若干模式及其数学表述，以及这些传热模式中的科学问题。
§1.1何谓传热以及如何传热
传热：由温差引起的能量的转移。
如何传热（传热的三种模式）：
传导：发生在介质（固体或静止流体）中
对流：发生在一个表面ຫໍສະໝຸດ Baidu一种运动流体之间
辐射：发生在具有一定温度的表面
§1.2传导传热的物理机制及其科学问题
图1传导传热的物理现象
传导传热的物理机制：质点碰撞模型——介质中能量较大的质点，通过碰撞的形式将能量传递至能量较小的质点。
能量转移的描述（傅立叶定律）：
——适用范围：尺度〉〉质点的自由行程。
科学问题：
1传导系数是温度的函数，如何确定它的函数形式（物理学问题）
2传导系数是材料的函数，具体确定时引出技术问题（测量）
3实际应用中的问题（数学问题）：
a)维数：一维→三位（数学拓展）
b)过程：稳态→瞬态（特殊数学解）
c)边界：能否构成封闭解
§1.3对流传热的物理机制及其科学问题
图2对流传热的物理现象
对流现象的分区：
1横向：层流区、过渡区、湍流区
2纵向：层流段、过渡段、湍流段
对流传热的物理机制：
1分子的随机运动
2成团流体的运动
科学问题：
第一篇概述
第一章绪论
本章讨论的是传热这种物理现象的定义，关于传热的若干模式及其数学表述，以及这些传热模式中的科学问题。
§1.1何谓传热以及如何传热
传热：由温差引起的能量的转移。
如何传热（传热的三种模式）：
传导：发生在介质（固体或静止流体）中
对流：发生在一个表面ຫໍສະໝຸດ Baidu一种运动流体之间
辐射：发生在具有一定温度的表面
§1.2传导传热的物理机制及其科学问题
图1传导传热的物理现象
传导传热的物理机制：质点碰撞模型——介质中能量较大的质点，通过碰撞的形式将能量传递至能量较小的质点。
能量转移的描述（傅立叶定律）：
——适用范围：尺度〉〉质点的自由行程。
科学问题：
1传导系数是温度的函数，如何确定它的函数形式（物理学问题）
2传导系数是材料的函数，具体确定时引出技术问题（测量）
3实际应用中的问题（数学问题）：
a)维数：一维→三位（数学拓展）
b)过程：稳态→瞬态（特殊数学解）
c)边界：能否构成封闭解
§1.3对流传热的物理机制及其科学问题
图2对流传热的物理现象
对流现象的分区：
1横向：层流区、过渡区、湍流区
2纵向：层流段、过渡段、湍流段
对流传热的物理机制：
1分子的随机运动
2成团流体的运动
科学问题：
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T lim T ( p) 273.16 K lim Ptr 0 Ptr 0
T lim T (V ) 273.16 K lim
P 0 P 0
P
P
（定体） （定压）
tr
tr
V
V
[说明] •理想气体温标不依赖于气体的个性,但 有赖 于气体的共性; • 对于极低温 (气体液化点以下) 和高温 (1000º C以上)不适用。
29.0 103 (kg mol1 )
（ 2）对于N2 ：有 与 PV
即：
M
PV1
M1
1
RT
RT
相除得
V1 M1 V M 1
M1 V1 1 28.0 103 78% 75.4% 3 M V 29.0 10 M2 V2 2 32.0 103 21% 23.2% 3 M V 29.0 10 M3 V3 3 39.9.0 103 1% 1.4% 3 M V 29.0 10
微观量
宏观量
热学研究方法
1. 气体动理论 —— 微观描述
研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计 方法 .
2. 热力学 —— 宏观描述 实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，从能量观 点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 . 两种方法的关系 热力学 相辅相成 气体动理论
[说明]:
1、一切互为热平衡的物体都具有相同的温度； 2、热接触只为热平衡的建立创造了条件； 3、宏观上，温度是物体冷热程度的量度； 4、从微观角度，温度是组成系统的大量微观粒子无规则 运动剧烈程度的反映。
• 二、温标 温度的数值表示法叫做 温标 1、 经验温标 建立经验温标的三要素:
1.) 选择物质的某一随温度变化的属性来标志温度. 测温物质 测温参量 测 温 质：用来确立温标的一种特定物质
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、蒸汽压温度计
实用温度 计简介
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 气体的物态方程
一、理想气体的物态方程 1、玻意耳定律 当一定质量气体的温度保持不变，它的 压强和体积的乘积是一个常量。
测温参量: 压强P 关系: T ( P) P
固定点: 水的三相点273.16K, p tr P T ( P) 273.16 K （标度法）
p
tr
[定压气体温度计]
测温参量: 体积V 关系: 固定点: 水的三相点273.16K,
T (V ) V
V
tr
T (V ) 273.16 K
§1 平衡态 状态参量
一、平衡态：
在不受外界影响的条件下，宏观性质 不随时间变化的状态。
1、热力学系统的平衡态：
孤立系统最终达到的所有宏观性质都 不随时间变化的状态
孤立系统
真空
p
( p ,V , T )
*( p,V , T )
o
V
2、说明：
(1)“孤立系统”---统与外界无物质、能量交换; (2) 是一种理想状态; (3) 动态平衡(热动平衡)； (4)处于平衡态的系统须同时满足三种平衡条件： 力学平衡、热平衡、化学平衡。 (5)平衡态不同于稳恒态；
PV=C T 不变
2. 理想气体的状态方程
1）1mol 理想气体：
P R T
P RT
或 PV RT
M
2）任意质量理想气体：
M PV RT
3）变形运用：
PV
RT P RT
PV1 P2V2 1 R T1 T2
3、普适气体常量R
不论何种气体，也不论温度如何，当压强趋近于 Pv 零时，量 都趋向于一个共同的值，这个极限 T 值被定义为普适气体常量 R
::: : : ::: … ------------------纯水 … = ::: = --------------------纯 冰 … :… : ::: … -------------------温度计 = = ::: :… : ::: … … = = ------冰水混合物 … : :::: :… ------保温瓶
选定固定点:
1954年以后，国际上规 定水的三相点为固定点---标准温度点
.
T ( X tr ) 273.16K
对于任何温度计都有：
T ( X1) X1 T ( X tr ) X tr
X T ( X ) 273.16K X tr
:::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: ::::
开尔文
3）
t = T – 273.15
温度
单 符 固定点的温度值 位 号 绝对零度 冰点 三相点 汽点 K C T t
0 -273.15 -459.67
与热力学温度 的关系
通用 情况
国际通用
热力学温度
273.15 273.16 373.15 0.00 0.01 100.00
T=T
t T 273 .15
1. 平均摩尔质量
M
RT
M 1 M 2 M n V1 Vn V2 1 2 n 1 2 n V V V
2. 质量百分比,体积百分比,摩尔百分比: Vi i Mi V i M （体积百分比是指每种组分单独处在与混合气体有相 同压强和温度下的体积占混合气体总体积的百分比。）
二、热学发展简史
热学的发展史实际上就是热力学和统计物理学的发 展史，可以划分为以下几个大的时期。
一.远古~17世纪末 主要是关于对“热本质”的定性猜想。 二.17世纪末~19世纪初
积累了大量的实验和观察事实，为热力学理论的 建立作了准备。特别是十九世纪初出现的热机理论 和热功当量原理已经包含了热力学的基本思想。
2.热力学第零定律:
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热 力学系统处于热平衡,则这两个热力学系统彼此 也必定处于热平衡.（也称热平衡定律）
C A B A
C
B
A、B分别与C达到热平衡
A、B也达到热平衡
3. 温度的概念
处于同一热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 宏观性质的物理量就是-------温度。
§2 温度
一、热力学第零定律 1.热平衡
A (p1,v1) B (p2,v2) A (p1,v1) B (p2,v2)
绝热壁
导热壁
两个系统用刚性壁隔开
[热接触]
通过导热壁相互接触的两个系统， 它们之间会发生热传递，这种接触称为热接触。
[热平衡]
两个系统在热接触时,通过热交换 实现新的平衡,这种平衡称为热平衡. 有时，两个系统接触后，它们的状态都不发生 变化，说明它们在接触前就已达到了热平衡。即： 热平衡的概念还可用于两个不发生热接触的系统。
3. 热力学温标
摄氏温标: ( º ) C 固定点：汽点（100 º C）、冰点（0 º ） C 测温关系： t aX b 华氏温标( º ) F 固定点：冰水混合物温度（32度）、 大气压下水的沸点（212度 ）
t F
o
9 o 32 t C 5
热力学温标: T ( K )
是一种不依赖于测温物质和测温属性的 温标,建立在热力学第二定律的基础上， 是一种理论温标 1）1K等于水的三相点的热力学温度 的 1/273.16; 2）可证明在理想气体温标有效范围内，热 力学温标与理想气体温标完全一致。
测温属性：测温质的某一随温度变化的属性
测温参量：表示测温属性的物理量
规定测温参量随温度的变化关系:
X:
表示测温参量
T (X ) : 温度计与被测系统达到热平衡时的温度值
如果规定 T (X ) 与
X 成正比，令： T ( X ) aX
T ( X1) X1 T(X2) X2
测温参量为X的同一温度计所测定的两个物体的 温度之比跟这两个温度所对应的X值之比相等。
二、状态参量 1. 定义: 描述系统宏观性质或状态的(可由实验
测定的)量.是描述平衡态性质的物理量。
2. 常见的状态参量:
力学参量： P 化学参量： m,
几何参量：V 电磁参量：E,
B
3 . 说明: •状态参量的选择由系统本身的性质决定.
•完整描述热力学系统的平衡态，须引入 一 个热学参量---温度 •一定体积内单一成分的气体，在平衡态下， 忽略重力，用温度，体积，压强来描述。
在压强极低的极限情况 下，气体温标只取决于 气体的共性，与特定气 体的个性无关。
374.00
T(p)=373.15K
O2
373.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5 373.00 200 400 600 800 Ptr/(133.3224Pa)
空气 N2 H2 1000
T
P
373.15K
[理想气体温标]
根据气体压强趋近于零的极限情况下所遵循 的普遍规律建立的温标叫做理想气体温标。 [单 位] K [标度法]
三.19世纪~20世纪初
热力学和统计物理学都获得了长足的发展，由 彼此的相互隔绝到后来的互相结合，最终导致了 统计热力学的产生。 四.20世纪初以后
这个时期出现了大量统计物理学和非平衡态理论。 形成了现代理论物理学最重要的一部分。 非平衡态理论还很不完善，有待继续研究和 发展。希望大家学好本专业理论，打下扎实的基 础，为热学的进一步发展作出贡献！
热学
绪论
一、什么是热学？
热学是研究有关物质的热运动（热现 象）以及与热相联系的各种规律的科学。 是经典物理学的四大柱石之一。
热物理学的研究对象 是由数量很大的微观粒子所组成的系统。
研究对象的特征
单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 整体（大量分子）— 服从统计规律 . 微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测 量），如分子的 m , v 等 . 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如 p,V , T 等 . 统计平均
‘
------------------水蒸汽
= =
水的三相点裝置
273.16 a X tr
[经验温标:] 利用特定测温物质的特定测
温属性建立的温标统称为经验温标。
[温 度 计 :] 按照经验温标测量温度的仪器.
[ 讨 论：]
测温属性必须随温度的改变发生 单调的、显著的变化;
不同的温度计测量同一对象时结 果不同,是由于不同物质的不同（或同一） 测温属性随温度的变化关系不同.
4.混合理想气体的状态方程
道尔顿分压定律:
PP p
1
2
p
n
混合气体的总压强，等于各组分的分压强之和. [说明]: 1 ) 分压强: 某组分摩尔数不变,以化
学纯状态处在与混合气体的温度,
体积相同条件下的压强;
2 ) 只适用于理想气体.
混合理想气体状态方程:
PV RT
[讨论]:
2. 理想气体温标
在各种温度计中，除了固定点的温度读数 相同外，其他各点温度的读数均有差异； 气体温度计之间的这种差异较小； 当温度计中的气体减少因而它的压强减 小时，不同气体温度计读数之间的差异也随 之减小。由此看来，低压气体温度计比较符 合标准温度计的要求。
气体温度计: 有两种
[定容气体温度计]
例题
已知空气中几种主要成分的体积百分比是: 氮气78% , 氧气21% , 氩气1% .
(1) 求空气的平均摩尔质量; (2) 试求空气中这些成分的质量百分比；
（3） 标准状态下各组分的分压强；
（4） 标准状态下各组分的密度及空气密度.
V3 V1 V2 解：（1） 1 2 3 V V V 78% 28.0 103 21% 32.0 103 1% 39.9 103
V
V
（标度法）
tr
理想气体温标:
Pa h
Mercury
fixed
实验：用各种定体气体温度计测量水的汽点 （冰点）温度，其读数的差异随着 P 的减小 tr 而减小。
T(p)
大量实验表明：无论 用什么气体测温，也 不论是定体或定压气 体温度计，在气体压 强趋近于零时，它们 对同一测温对象所测 定的温度都趋近于一 个共同的极限值。
F
摄氏温标 华氏温标
国际通用
F R
tF TR
32.00
32.02
212.00
英美等 9 T 459 .67 国使用 5
兰氏温标
0
491.67 491.69 671.67
TR 1.8T
英美等 国使用
4. 国际实用温标
为克服气体温度计使用的繁复及统一各国 温标自1927年起，经多次修改，国际上规定 的一种实用温标，现为1990国际温标: ITS (International Temperature Scale)
T lim T (V ) 273.16 K lim
P 0 P 0
P
P
（定体） （定压）
tr
tr
V
V
[说明] •理想气体温标不依赖于气体的个性,但 有赖 于气体的共性; • 对于极低温 (气体液化点以下) 和高温 (1000º C以上)不适用。
29.0 103 (kg mol1 )
（ 2）对于N2 ：有 与 PV
即：
M
PV1
M1
1
RT
RT
相除得
V1 M1 V M 1
M1 V1 1 28.0 103 78% 75.4% 3 M V 29.0 10 M2 V2 2 32.0 103 21% 23.2% 3 M V 29.0 10 M3 V3 3 39.9.0 103 1% 1.4% 3 M V 29.0 10
微观量
宏观量
热学研究方法
1. 气体动理论 —— 微观描述
研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计 方法 .
2. 热力学 —— 宏观描述 实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，从能量观 点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 . 两种方法的关系 热力学 相辅相成 气体动理论
[说明]:
1、一切互为热平衡的物体都具有相同的温度； 2、热接触只为热平衡的建立创造了条件； 3、宏观上，温度是物体冷热程度的量度； 4、从微观角度，温度是组成系统的大量微观粒子无规则 运动剧烈程度的反映。
• 二、温标 温度的数值表示法叫做 温标 1、 经验温标 建立经验温标的三要素:
1.) 选择物质的某一随温度变化的属性来标志温度. 测温物质 测温参量 测 温 质：用来确立温标的一种特定物质
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、蒸汽压温度计
实用温度 计简介
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 气体的物态方程
一、理想气体的物态方程 1、玻意耳定律 当一定质量气体的温度保持不变，它的 压强和体积的乘积是一个常量。
测温参量: 压强P 关系: T ( P) P
固定点: 水的三相点273.16K, p tr P T ( P) 273.16 K （标度法）
p
tr
[定压气体温度计]
测温参量: 体积V 关系: 固定点: 水的三相点273.16K,
T (V ) V
V
tr
T (V ) 273.16 K
§1 平衡态 状态参量
一、平衡态：
在不受外界影响的条件下，宏观性质 不随时间变化的状态。
1、热力学系统的平衡态：
孤立系统最终达到的所有宏观性质都 不随时间变化的状态
孤立系统
真空
p
( p ,V , T )
*( p,V , T )
o
V
2、说明：
(1)“孤立系统”---统与外界无物质、能量交换; (2) 是一种理想状态; (3) 动态平衡(热动平衡)； (4)处于平衡态的系统须同时满足三种平衡条件： 力学平衡、热平衡、化学平衡。 (5)平衡态不同于稳恒态；
PV=C T 不变
2. 理想气体的状态方程
1）1mol 理想气体：
P R T
P RT
或 PV RT
M
2）任意质量理想气体：
M PV RT
3）变形运用：
PV
RT P RT
PV1 P2V2 1 R T1 T2
3、普适气体常量R
不论何种气体，也不论温度如何，当压强趋近于 Pv 零时，量 都趋向于一个共同的值，这个极限 T 值被定义为普适气体常量 R
::: : : ::: … ------------------纯水 … = ::: = --------------------纯 冰 … :… : ::: … -------------------温度计 = = ::: :… : ::: … … = = ------冰水混合物 … : :::: :… ------保温瓶
选定固定点:
1954年以后，国际上规 定水的三相点为固定点---标准温度点
.
T ( X tr ) 273.16K
对于任何温度计都有：
T ( X1) X1 T ( X tr ) X tr
X T ( X ) 273.16K X tr
:::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: :::: ::::
开尔文
3）
t = T – 273.15
温度
单 符 固定点的温度值 位 号 绝对零度 冰点 三相点 汽点 K C T t
0 -273.15 -459.67
与热力学温度 的关系
通用 情况
国际通用
热力学温度
273.15 273.16 373.15 0.00 0.01 100.00
T=T
t T 273 .15
1. 平均摩尔质量
M
RT
M 1 M 2 M n V1 Vn V2 1 2 n 1 2 n V V V
2. 质量百分比,体积百分比,摩尔百分比: Vi i Mi V i M （体积百分比是指每种组分单独处在与混合气体有相 同压强和温度下的体积占混合气体总体积的百分比。）
二、热学发展简史
热学的发展史实际上就是热力学和统计物理学的发 展史，可以划分为以下几个大的时期。
一.远古~17世纪末 主要是关于对“热本质”的定性猜想。 二.17世纪末~19世纪初
积累了大量的实验和观察事实，为热力学理论的 建立作了准备。特别是十九世纪初出现的热机理论 和热功当量原理已经包含了热力学的基本思想。
2.热力学第零定律:
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热 力学系统处于热平衡,则这两个热力学系统彼此 也必定处于热平衡.（也称热平衡定律）
C A B A
C
B
A、B分别与C达到热平衡
A、B也达到热平衡
3. 温度的概念
处于同一热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 宏观性质的物理量就是-------温度。
§2 温度
一、热力学第零定律 1.热平衡
A (p1,v1) B (p2,v2) A (p1,v1) B (p2,v2)
绝热壁
导热壁
两个系统用刚性壁隔开
[热接触]
通过导热壁相互接触的两个系统， 它们之间会发生热传递，这种接触称为热接触。
[热平衡]
两个系统在热接触时,通过热交换 实现新的平衡,这种平衡称为热平衡. 有时，两个系统接触后，它们的状态都不发生 变化，说明它们在接触前就已达到了热平衡。即： 热平衡的概念还可用于两个不发生热接触的系统。
3. 热力学温标
摄氏温标: ( º ) C 固定点：汽点（100 º C）、冰点（0 º ） C 测温关系： t aX b 华氏温标( º ) F 固定点：冰水混合物温度（32度）、 大气压下水的沸点（212度 ）
t F
o
9 o 32 t C 5
热力学温标: T ( K )
是一种不依赖于测温物质和测温属性的 温标,建立在热力学第二定律的基础上， 是一种理论温标 1）1K等于水的三相点的热力学温度 的 1/273.16; 2）可证明在理想气体温标有效范围内，热 力学温标与理想气体温标完全一致。
测温属性：测温质的某一随温度变化的属性
测温参量：表示测温属性的物理量
规定测温参量随温度的变化关系:
X:
表示测温参量
T (X ) : 温度计与被测系统达到热平衡时的温度值
如果规定 T (X ) 与
X 成正比，令： T ( X ) aX
T ( X1) X1 T(X2) X2
测温参量为X的同一温度计所测定的两个物体的 温度之比跟这两个温度所对应的X值之比相等。
二、状态参量 1. 定义: 描述系统宏观性质或状态的(可由实验
测定的)量.是描述平衡态性质的物理量。
2. 常见的状态参量:
力学参量： P 化学参量： m,
几何参量：V 电磁参量：E,
B
3 . 说明: •状态参量的选择由系统本身的性质决定.
•完整描述热力学系统的平衡态，须引入 一 个热学参量---温度 •一定体积内单一成分的气体，在平衡态下， 忽略重力，用温度，体积，压强来描述。
在压强极低的极限情况 下，气体温标只取决于 气体的共性，与特定气 体的个性无关。
374.00
T(p)=373.15K
O2
373.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5 373.00 200 400 600 800 Ptr/(133.3224Pa)
空气 N2 H2 1000
T
P
373.15K
[理想气体温标]
根据气体压强趋近于零的极限情况下所遵循 的普遍规律建立的温标叫做理想气体温标。 [单 位] K [标度法]
三.19世纪~20世纪初
热力学和统计物理学都获得了长足的发展，由 彼此的相互隔绝到后来的互相结合，最终导致了 统计热力学的产生。 四.20世纪初以后
这个时期出现了大量统计物理学和非平衡态理论。 形成了现代理论物理学最重要的一部分。 非平衡态理论还很不完善，有待继续研究和 发展。希望大家学好本专业理论，打下扎实的基 础，为热学的进一步发展作出贡献！
热学
绪论
一、什么是热学？
热学是研究有关物质的热运动（热现 象）以及与热相联系的各种规律的科学。 是经典物理学的四大柱石之一。
热物理学的研究对象 是由数量很大的微观粒子所组成的系统。
研究对象的特征
单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 整体（大量分子）— 服从统计规律 . 微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测 量），如分子的 m , v 等 . 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）, 如 p,V , T 等 . 统计平均
‘
------------------水蒸汽
= =
水的三相点裝置
273.16 a X tr
[经验温标:] 利用特定测温物质的特定测
温属性建立的温标统称为经验温标。
[温 度 计 :] 按照经验温标测量温度的仪器.
[ 讨 论：]
测温属性必须随温度的改变发生 单调的、显著的变化;
不同的温度计测量同一对象时结 果不同,是由于不同物质的不同（或同一） 测温属性随温度的变化关系不同.
4.混合理想气体的状态方程
道尔顿分压定律:
PP p
1
2
p
n
混合气体的总压强，等于各组分的分压强之和. [说明]: 1 ) 分压强: 某组分摩尔数不变,以化
学纯状态处在与混合气体的温度,
体积相同条件下的压强;
2 ) 只适用于理想气体.
混合理想气体状态方程:
PV RT
[讨论]:
2. 理想气体温标
在各种温度计中，除了固定点的温度读数 相同外，其他各点温度的读数均有差异； 气体温度计之间的这种差异较小； 当温度计中的气体减少因而它的压强减 小时，不同气体温度计读数之间的差异也随 之减小。由此看来，低压气体温度计比较符 合标准温度计的要求。
气体温度计: 有两种
[定容气体温度计]
例题
已知空气中几种主要成分的体积百分比是: 氮气78% , 氧气21% , 氩气1% .
(1) 求空气的平均摩尔质量; (2) 试求空气中这些成分的质量百分比；
（3） 标准状态下各组分的分压强；
（4） 标准状态下各组分的密度及空气密度.
V3 V1 V2 解：（1） 1 2 3 V V V 78% 28.0 103 21% 32.0 103 1% 39.9 103
V
V
（标度法）
tr
理想气体温标:
Pa h
Mercury
fixed
实验：用各种定体气体温度计测量水的汽点 （冰点）温度，其读数的差异随着 P 的减小 tr 而减小。
T(p)
大量实验表明：无论 用什么气体测温，也 不论是定体或定压气 体温度计，在气体压 强趋近于零时，它们 对同一测温对象所测 定的温度都趋近于一 个共同的极限值。
F
摄氏温标 华氏温标
国际通用
F R
tF TR
32.00
32.02
212.00
英美等 9 T 459 .67 国使用 5
兰氏温标
0
491.67 491.69 671.67
TR 1.8T
英美等 国使用
4. 国际实用温标
为克服气体温度计使用的繁复及统一各国 温标自1927年起，经多次修改，国际上规定 的一种实用温标，现为1990国际温标: ITS (International Temperature Scale)