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。
绪 论
一、热学
热学是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种 规律的科学。 规律的科学。 热学与力学、电磁学及光学一起被称为经典物理四大柱石。 热学与力学、电磁学及光学一起被称为经典物理四大柱石。
二、热学研究对象的特征： 热学研究对象的特征：
宏观物质，由大量微观粒子组成，微观粒子（例如分 宏观物质，由大量微观粒子组成，微观粒子（ 原子等）都处于永不停息的无规则热运动中。 子、原子等）都处于永不停息的无规则热运动中。 正是大量微观粒子的无规热运动， 正是大量微观粒子的无规热运动，才决定了宏观物 质的热学性质。 质的热学性质。 热物理学研究的是由数量很大很大的大数 大数微观粒子 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。 所组成的系统。 热学研究对象的这一特点决定了它有宏观与微观两 种不同的描述方法。 种不同的描述方法。
热学第一章 绪 论
热学理论的应用 （物性学）
1、实际气体、液体、 固体的基本性质； 2、一级相变特征及 基本规律。
三 教学要求
❖ 平时成绩+期中+期末考试
第一章：温度
§1 .平衡态 状态参量
一、热力学系统
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
瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度 计的刻度，他把水的沸点定为0度，把水的冰点 定为100度。
后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又 倒过来，
就成了现在的百分温度，即摄氏温标，
用°C表示。
tF＝(9/5)tC+32， 或tC＝(5／9)(tF －32)。
英、美国家多用华氏温标， 世界科技界和工农业生产中，及中国、法国等 大多数国家则多用摄氏温标。
特点：热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所 组成的系统。
研究方法：
1、宏观描述方法：热力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，构成 热现象的宏观理论。 宏观法的优点：
观察和实验总结出来的普适定律，加以数学和逻 辑推理，具有可靠性与普遍性。 热力学的局限性：
1）它只适用于粒子数很多的宏观系统； 2）它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何从非平 衡态进入平衡态的过程； 3）它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
❖ 1860年，麦克斯韦发表了《气体动力论的说 明》，第一次用概率的思想，建立了麦克斯韦 分子速率分布律。
❖ 波尔兹曼在麦氏速率分布率的基础上，引入重力 场对分子运动的影响，建立了更全面的玻尔兹曼 分布律，并给于熵以统计意义。
2012级热学第一章1
后续可以看到：
如果在系统内各部分之间都同时达到力学平衡、 热平衡、化 学平衡和相平衡，便不会出现能量流动和物质流动，宏观性 质也一定不随时间变化，系统才处于热动平衡态。 这四种平衡只要有一种未达到，系统则是在非平衡态。
3. 关于平衡态的几点说明
（1）实际系统都要或多或少地受到外界影响，不受外
界影响的孤立系统，是一个理想化的概念； （2）系统处于平衡态时宏观性质不随时间变化，但组成 系统的大量粒子还在不停地运动着，只是这些运动的平 均效果不变而已。因此热力学平衡态又称热动平衡； （3）处于平衡态的系统，其宏观性质会发生一些起伏变 化，叫涨落。一般宏观物质系统的涨落很小，在热力学 的范围内将其忽略不予考虑； （4）弛豫时间的概念。
二、状态参量 1、状态参量 力学中质点的运动状态用位移、速度来描述。 热学中的平衡态有确定的宏观性质，也必须用 确定的物理量来描述。 状态参量：用来描述平衡态的宏观变量。
那么如何用状态参量来描述平衡态呢？
举例：如果讨论的是混合气体，首先需要P,V两个 力学参量和几何参量，还需要一个描述系统化学成分 的参量，如不同成分的质量或者摩尔数等，称为化学
图示为液体温度计。
温度计
定容气体温度计 定压气体温度计 电阻温度计 热电偶温度计 液体温度计
测温属性
压强 体积 电阻 热电动势 液柱长度
§1-4 物态方程
一、物态方程
热力学系统的平衡态可以用几何参量、力学参量、
化学参量和电磁参量描述。并在一定的平衡态，这四类
参量都具有一定的数值。同时在一定的平衡态，热力学
下面先导出具有固定质量的理想气体，其任意两个平衡态
I( p1 ,V1 , T1 )
和
初始 中间 终了
大学传热学第一章 绪论
传热过程中的温度分布
• 稳态传热过程——热量传递过程中温度不随时间变化的传 热过程。
• 非稳态传热过程——热量传递过程中温度随时间变化的传 热过程。
• 一维传热过程——传热过程中热量只在一个方向进行。 • 多维传热过程——热量在多个方向传递的过程。
第一节 热量传递的三种基本方式
• 导热 • 热对流（对流） • 热辐射（热辐射）
传热学
第一章 绪论
• 传热学是研究热量传递规律的科学。 • 有温差的地方就会有传热。 • 热量传递具有方向性——从高温到低温。 • 热量传递的基本方式有三种——导热、热对流和辐射。
传热学的应用的实例
• 食品加工 • 航天飞行器表面的冷却 • 稠油开采 • 电子器件的冷却 • 生物工程 • 能源动力 • 交通运输
• 实例：两个非接触物体之间的热量传递；火焰的 热量传递；太阳辐射等等。
• 计算：斯忒藩－玻耳兹曼定律。
斯忒藩－玻耳兹曼定律
AT 4
Ac 0
T 100
4
5.67108W /m2 K 4
第二节 传热过程和传热系数
• 定义：热量由壁面一侧的流体通过壁面传给另一侧流体的 过程称为传热过程。
• 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。
第三节 传热学发展简史
• 本节内容请同学自学。
• 实例：由墙壁隔开的室内外空气间的传热。 • 计算：传热方程
传热方程
kAt t
f1
1
At t
1/ h / 1/ h
f1
f2
1
2
传热学的研究方法
• 解析法：首先建立所研究问题的数学描写，然后 应用解析数学的方法，求解该问题。
传热学绪论的难点、要点和求解方法
第一章 传热学绪论的难点、要点和求解方法
一． 基本知识点
1．传热学：研究由温差引起的热量传递规律的科学。 2．热量传递的基本方式 （1）导热：由于微观粒子的无规则运动产生的热量传递现象。物体各部分之间无宏观相对 位移。 导热的热量传递方程由傅立叶定律表示，对于一维导热问题
A t x
AT 4
实际物体
AT 4
3．传热过程和传热系数 (1)传热过程 将热量由壁面一侧流体传递到壁面另一侧流体的过程称为传热过程。 通常传热过程中三年中 传递方式都存在。 （2）传热过程计算 传热方程式
Ak (t f 1 t f 2 )
传热系数
k
1 1 1 h1 h2
负号表示热量传递方向与温度梯度方向相反。 导热是物质固有的本质，因而导热系数是物性参数。通常金属导热系数最高，液体次之，气 体最差。 （2）热对流 对流是指由于流体的宏观运动， 从而流体各部分之间发生相对位移、 冷热混合所引起的热量 传递现象。 对流只发生在流体中。流体中同时存在不规则热运动，因而对流必然伴随导热现象。 对流分为自然对流和受迫对流，本质区别是引起流动的原因。 对流换热是指运动的流体与相接触固体壁面之间的由于存在温差而引起的热量传递现象。 对 流换热机理与紧靠壁面的薄膜层的热传递有关，实质是对流与导热的联合作用。 对流换热基本公式为牛顿冷却公式
、换热面几何形状等有关。 （3）热辐射 物体通过电磁波传递能量的方式为辐射，因热的原因发出辐射的现象为热辐射。 热辐射的波段是指 0.1μm－100μm。物体具有温度就具有热辐射能力。 热辐射不需要介质，可以在真空中传播。 能量转换过程：热能－辐射能－热能黑体的辐射能计算公式采用斯蒂芬－波尔兹曼定律
传热系数不仅与流体物性相关，还与换热过程有关。 3．热阻 热量传递的阻力。分为传热热阻、导热热阻、对流换热热阻和辐射换热热阻。
一． 基本知识点
1．传热学：研究由温差引起的热量传递规律的科学。 2．热量传递的基本方式 （1）导热：由于微观粒子的无规则运动产生的热量传递现象。物体各部分之间无宏观相对 位移。 导热的热量传递方程由傅立叶定律表示，对于一维导热问题
A t x
AT 4
实际物体
AT 4
3．传热过程和传热系数 (1)传热过程 将热量由壁面一侧流体传递到壁面另一侧流体的过程称为传热过程。 通常传热过程中三年中 传递方式都存在。 （2）传热过程计算 传热方程式
Ak (t f 1 t f 2 )
传热系数
k
1 1 1 h1 h2
负号表示热量传递方向与温度梯度方向相反。 导热是物质固有的本质，因而导热系数是物性参数。通常金属导热系数最高，液体次之，气 体最差。 （2）热对流 对流是指由于流体的宏观运动， 从而流体各部分之间发生相对位移、 冷热混合所引起的热量 传递现象。 对流只发生在流体中。流体中同时存在不规则热运动，因而对流必然伴随导热现象。 对流分为自然对流和受迫对流，本质区别是引起流动的原因。 对流换热是指运动的流体与相接触固体壁面之间的由于存在温差而引起的热量传递现象。 对 流换热机理与紧靠壁面的薄膜层的热传递有关，实质是对流与导热的联合作用。 对流换热基本公式为牛顿冷却公式
、换热面几何形状等有关。 （3）热辐射 物体通过电磁波传递能量的方式为辐射，因热的原因发出辐射的现象为热辐射。 热辐射的波段是指 0.1μm－100μm。物体具有温度就具有热辐射能力。 热辐射不需要介质，可以在真空中传播。 能量转换过程：热能－辐射能－热能黑体的辐射能计算公式采用斯蒂芬－波尔兹曼定律
传热系数不仅与流体物性相关，还与换热过程有关。 3．热阻 热量传递的阻力。分为传热热阻、导热热阻、对流换热热阻和辐射换热热阻。
热学绪论70102
M
摩尔气体常量 R 8.31J mol 1 K1
pV N RT NA
n N /V
玻尔兹曼常数
k R 1.381023J K1 NA
p nkT
7-2 物质的微观模型 统计规律性
一.分子动理论的基本观点——物质的微观模型
1.宏观物体是由大量分子组成的。
现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大 小以及它们在物体中的排列情况, 例如 X 光分析仪, 电子显微镜, 扫描隧道显微镜等.
对于由大 量分子组成的 热力学系统从 微观上加以研 究时，必须用 统计的方法 .
小球在伽 尔顿板中的分 布规律 .
............ ........... ............ ........... ............ ........... ............
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研究对象
热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无 规运动 .
研究对象特征
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 .
量）微，观如量分：子描的述m个, v别等分.子运动状态的物理量（不可直接测
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 .
Ni N
i 概率 粒子在第 格中
出现的可能性大小 .
归一化条件
i
i
Ni iN
1
利用扫描隧道显微 镜技术把一个个原子排 列成 IBM 字母的照片.
对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加 以研究时, 必须用统计的方法.
分子的数密度
阿伏伽德罗常数： NA 6.022 1023 mol1
传热学-第一章
1.1.2 传热学研究中的连续介质假设
基本假定： 所研究的物体中的温度、密度、速度、压力 等物理参数都是空间坐标的连续函数。 对于气体而言，所研究物体的几何尺寸要远大于 分子间的平均自由程。 在微机电系统中，所研究物体的几何尺寸常在微 米到毫米之间，微机电系统内的流动和传热问题不满 足连续介质的基本假定。
，
物体，包括所有方向和所有波长，因此，相同温度下，
黑体的吸收能力最强 (8)黑体辐射的控制方程： Stefan-Boltzmann 定律
，
AT
4
q T
4
4 A T 真实物体则为： （9） 两黑体表面间的辐射换热
(参见图1－7)：
4 A (T14 T2 )
温。如何解释其道理？越厚越好？
(2) 特别是在下列技术领域大量存在传热问题 动力、化工、制冷、建筑、机械制造、新能源、微电子、 核能、航空航天、微机电系统（MEMS）、新材料、军事
科学与技术、生命科学与生物技术…
(3) 几个特殊领域中的具体应用 a 航空航天：高温叶片气膜冷却与发汗冷却；火箭
推力室的再生冷却与发汗冷却；卫星与空间站热控制；
上面传热过程中传递的热量为：
(t f 1 t f 2 ) (t f 1 t f 2 ) Φ 1 1 Rh1 R Rh 2 Ah1 A Ah2
传热系数
(1-10)
Φ Ak (t f 1 t f 2 ) Ak t
1 k 1 1 rh1 r rh 2 h1 h2 1
1.1.3 传热学与工程热力学的关系
(1) 热力学 + 传热学 = 热科学(Therma即热 量传递的速率。
铁块, M1 300oC
工程热力学第讲第章绪论
工程热力学第一讲第一章：绪论1. 热力学的概念热力学是研究热能转换、热效率、热平衡和热性质等方面的学科。
热力学的主要研究对象是热力学系统，包括封闭系统、开放系统和孤立系统等。
2. 热力学系统的分类封闭系统封闭系统是指物质不能从其中进出的系统。
封闭系统的热力学性质由体积、温度和内能等物理量描述。
开放系统开放系统是指物质可以从系统中进出的系统。
开放系统的热力学性质由流量、温度和内能等物理量描述。
孤立系统孤立系统是指不能与外界交换物质和能量的系统。
孤立系统的热力学性质由内能等物理量描述。
3. 热力学基本量温度温度是物质分子平均热运动的速度和能量大小的一种度量。
温度的单位是开尔文（K）或摄氏度（℃）。
压力压力是单位面积上的力的大小，单位为帕斯卡（Pa）或标准大气压（atm）等。
体积体积是物质占据的空间大小的一种度量，单位为立方米（m³）或升（L）等。
质量质量是物体所具有的惯性量的大小，单位为千克（kg）。
能量能量是物体所具有的做功能力的大小，单位为焦耳（J）或卡路里（cal）等。
4. 热力学过程热力学过程是指热力学系统在不同状态之间的变化，可分为四类：等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程。
等温过程等温过程是指系统在恒定温度下进行热力学变化的过程，其内能恒定不变。
等压过程等压过程是指系统在恒定压力下进行热力学变化的过程，其体积恒定不变。
等容过程等容过程是指系统在恒定容积下进行热力学变化的过程，其压力恒定不变。
绝热过程绝热过程是指系统在无热交换的情况下进行热力学变化的过程，其熵不变。
5. 热力学第一定律热力学第一定律描述的是能量守恒原理，即在热力学系统进行热力学过程中，系统所吸收的热量等于系统所做的功加上内能的变化。
6. 热力学第二定律热力学第二定律描述的是热力学过程的方向性原理，即热量只能从温度高的物体向温度低的物体流动，热力学系统不可逆过程的熵增。
7. 热力学基本方程热力学基本方程描述的是热力学系统状态变化过程中所涉及的热力学函数之间的相互关系。
工程热力学绪论、第一章
热转换为机械功必须依靠工质的膨胀。 由于系统容积变化而通过截面向外界传递的
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。 常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
一、平衡状态 如果不受外界影响的条件下，系统的状态能 够始终保持不变，则系统的这种状态称为平 衡状态。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
（v ）、密度（ ）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
机械功称为膨胀功，也称容积功。 系统容积增大，则系统对外界做膨胀功，视
为正功；系统容积减小，则外界对系统做压 缩功，视为负功。
功=力×距离，若f是活塞的 截面积，则F=pf。于是单位 质量工质在微元热力过程中克 服外力所做的功为：
1、绝热系统：与外界无热量传递的系统 2、孤立系统：与外界既无能量又无物质交
换的系统
孤立系统表示图
在一个图中表示各系统
四、系统的内部状况
1、热源系统：提供热能的物质或能量 2、功源系统：提供机械功的物质或能量 3、质源系统：提供质量的物质或能量 4、单相系：物质、化学性质都均匀一致（固、液、
气） 5、单元或多元系统
单元：一种化学成分组成的系统 多元：两种以上的不同化学成分组成 6、均匀或非均匀系统 系统中化学、物理性质处处均匀一致的系统
第二节 工质的热力状态及其基本状态参 数
一、状态与状态参数 描述工质状态特征的各种物理量称为工质的状态 参数。 常见状态参数：温度（T）、压力（p）、比容
一、平衡状态 如果不受外界影响的条件下，系统的状态能 够始终保持不变，则系统的这种状态称为平 衡状态。
二、状态公理 确定纯物质系统平衡状态的独立参数=n+1 其中n表示传递可逆功的形式，加1表示能 量传递中的热量传递
三、状态方程 建立 温度、压力、比容这三个基本状态参 数之间的函数关系。而用p-v图来确定工质 状态。
（v ）、密度（ ）、内能（u）、焓（h）、熵
（s）、火用（ex）、自由能（f）、自由焓（g） 等
二、基本参数
1、温度 物体冷热程度的标志 理想气体热力学温度与分子平移动能的关系式：
热学第1章 热学
6
2. 微观描述方法 通过对每一个微观粒子运动状态的说明而对系统 的状态加以描述的方法 。 描述一个微观粒子运动状态的物理量称作微观量 如分子的质量m、 直径 d 、速度 v、 动量 p、能量 等 这些，一般是无法直接测量的。 统计物理采取的是微观描述方法 用大量分子的微观量的集合来描述 热力学系统的状态称为微观态
●
1
( P,V )
● ●
2
o
V
对应于 图一条曲线——状态曲线，也称过程曲线 注意变化过程每一时刻都是平衡态才能用状态曲线。
28
常见状态曲线
等温线 T 常数
M PV RT M mol
P1
P2
PV C1
1→2
P
1
3 2
等压线 P 常数
V C2T
1→3
o
V1
V2
V
等容线 V 常数
6
代入上式
P2V2 T2 T1 930K PV1 1
此温度大于柴油燃点。
22
例2 容器内装有氧气，质量为 0.10 kg，
压强为 1. 0×10 5 pa，温度为 47℃。 因为容器漏气，经过若干时间后， 压强降到原来的 5/8 ，温度降到 27℃， 问：容器的容积有多大？漏去了多少氧气？ 解： 氧气视为理想气体，根据理想气体的状态方程
26
以参量V 为横轴， 以P 为纵轴，建立坐标系， 在此坐标系上任一点
P
●
1
( P,V )
● ●
2
对应一组P 、V 值，
也对应理想气体一平衡状态。 称作 P-V 图。 设想理想气体经过一系列平衡态
o
V
由状态 1变化到状态 2，
27
2. 微观描述方法 通过对每一个微观粒子运动状态的说明而对系统 的状态加以描述的方法 。 描述一个微观粒子运动状态的物理量称作微观量 如分子的质量m、 直径 d 、速度 v、 动量 p、能量 等 这些，一般是无法直接测量的。 统计物理采取的是微观描述方法 用大量分子的微观量的集合来描述 热力学系统的状态称为微观态
●
1
( P,V )
● ●
2
o
V
对应于 图一条曲线——状态曲线，也称过程曲线 注意变化过程每一时刻都是平衡态才能用状态曲线。
28
常见状态曲线
等温线 T 常数
M PV RT M mol
P1
P2
PV C1
1→2
P
1
3 2
等压线 P 常数
V C2T
1→3
o
V1
V2
V
等容线 V 常数
6
代入上式
P2V2 T2 T1 930K PV1 1
此温度大于柴油燃点。
22
例2 容器内装有氧气，质量为 0.10 kg，
压强为 1. 0×10 5 pa，温度为 47℃。 因为容器漏气，经过若干时间后， 压强降到原来的 5/8 ，温度降到 27℃， 问：容器的容积有多大？漏去了多少氧气？ 解： 氧气视为理想气体，根据理想气体的状态方程
26
以参量V 为横轴， 以P 为纵轴，建立坐标系， 在此坐标系上任一点
P
●
1
( P,V )
● ●
2
对应一组P 、V 值，
也对应理想气体一平衡状态。 称作 P-V 图。 设想理想气体经过一系列平衡态
o
V
由状态 1变化到状态 2，
27
热学-绪论
10×4.9×1017 = 4.9×1018个分子
分子的物质的量
4.9 1018 6.02 1023
8.1104
mol
即在137亿年中,分秒不间断地数,到目前数出万分之八点一摩尔。
4
1.热力学系统的分类
通常情况下，系统和外界之间总存在着某种形式的相互作用，包括 物质和能量的交换。根据相互作用形式，可将系统进行分类。
热力学方法的局限性
不能给出决定宏观热现象的微观实质。只能说明描述宏观热现 象物理量之间是怎样的关系，而不能说明为什么有这样的关系。
统计物理学能够深入热现象的本质，使热力学理论获得更深刻 的意义，给出宏观观测量的微观决定因素。
微观描述方法的局限性
它在数学计算遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型） 后所得的理论结果常与实验不能完全符合。
宏观描述——热力学方法
由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论， 叫做热力学。
微观描述——统计物理学方法
从物质的微观结构出发，即从分子、原子的运动及它们之间的
相互作用出发，用统计的方法研究热现象的规律。这个理论叫做统
计物理学。
7
热力学对热现象给出普遍和可靠的结果，并可用以验证微观理论 的正确性。
mHale Waihona Puke 3洛施密特常量宇宙现今的年龄约为137亿年（1.6×1010年）
1年 =365×24×60×60秒≈3.1×107秒
宇宙年龄（秒）：
1.37×1010×3.1×107秒≈4.9×1017秒
3
假如有一个“超人”，他从宇宙大爆炸那一刻起与宇宙同时诞生， 直到今天仍然健在，若他能够每秒钟数10个分子，则从他诞生时刻 数到现今，共数的分子数是
第一章 绪论
19
1.2.2状态与状态函数 状态性质的分类： 几何性质：体积、面积 力学性质：压力、表面张力、密度 电磁性质：电流、磁场强度 化学性质：摩尔数、摩尔分数
热力学性质：温度、熵、内能、焓、亥姆霍兹自由 能、吉布斯自由能
对于组成不变的均相封闭系统（简单可压缩系） 来说，两个独立的变量就可以确定系统的状态。
3
1.1.2热力学的发展史
1.1.2 热力学的发展史
科学予以知识，而历史予以智慧！一门科学的历史，
是那门科学中最宝贵的部分。
热力学发展史，约可分成四个阶段：
第一个阶段： 17世纪末到19世纪中叶
此时期累积了大量的实验与观察的结果，并制造出 蒸气机，对于“热”的本质展开研究与争论。在19世纪 前半叶，首先出现了卡诺理论，热机理论（第二定律的 前身）和功热互换的原理（第一定律的基础）。
概括出的热力学第一、第二定律为基础，引出热力学能、
焓、熵、亥姆赫兹函数、吉布斯函数，加上P、V、T等可
直接测定的宏观量作为系统的宏观性质，经过归纳与演绎 推理，得到一系列热力学公式、结论，用来解决物质变化 过程的能量平衡、相平衡和反应平衡等问题。
8
1.1.3热力学的研究方法
宏观热力学的特点：不涉及物质内部粒子的微观结 构，只涉及物质系统前后状态的宏观性质。
33
1.2.4过程与途径 非静态过程不能用状态图上的一条实曲线来表示，为了
研究的方便，我们可以用一条虚线来表示它，但是该曲线没
有其他的任何意义。
P
A
非静态过程
B
o
V
准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学的基础，我 们要着重研究它。
34
1.2.4过程与途径
典型的几种过程：
第1章-绪论__传热学(第四版)
流体被加热时：
q h(t w t f )
流体被冷却时：
（1-3）
q h(t f t w )
（1-4）
tf 式中， t及 分别为壁面温度和流体温度， w ℃。
• 如果把温差（亦称温压）记为 t，并约定永 远取正值，则牛顿冷却公式可表示为
q ht
Aht
单位
2 W/ 。 m K
一般地，就介质而言：水的对流换热比空气 强烈； 就换热方式而言：有相变的强于无相变的；
强制对流强于自然对流。
对流换热研究的基本任务： 用理论分析或
实验的方法推出各种场合下表面换热导数的
关系式。
表面传热系数的数值范围
课前回顾：
传热学 热量传递的速率方程 热量传递的三种基本方式 热传导：定义、特点、傅里叶定律 热对流：定义、对流换热、特点、 牛顿冷却定律
铜：
q q
tw1 tw2
300 100 375 1.5 106 W m2 0.05 36.4 300 100 1.46 105 W m2 0.05 300 100 2.32 9.28 103 W m2 0.05 300 100 9.68 102 W m2 0.05
热量传递中的三类问题
强化传热 削弱传热
温度控制
日常生活中的例子
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬 天都保持22度，那么在冬天与夏天、人在房间里所 穿的衣服能否一样？为什么？ b 夏天人在同样温度（如：25度）的空气和水中的 感觉不一样。为什么？ c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于 保温。如何解释其道理？越厚越好？
第1章 绪论
1.1 传热学的研究内容及其在科学技术和工程 中的应用 1.4 传热学的发展史和研究方法
热学绪论
大学里的管理与中学不同， 大学里的管理与中学不同， 一切都需要自己安排。 一切都需要自己安排。要合理 妥善地处理好学习知识、 妥善地处理好学习知识、锻炼 身体、文娱活动、业余爱好、 身体、文娱活动、业余爱好、 人际交往、休息睡觉……等方 人际交往、休息睡觉……等方 方面面。 方面面。希望大家一定要管理 好自己。 好自己。
对于物理学这样的基础 知识， 知识，并不存在 “知识 爆炸，几年更新一次” 爆炸，几年更新一次” 的问题， 的问题，但也不会陈旧过 大学教学的信息量大， 时。大学教学的信息量大， 教学节奏快， 教学节奏快，又常常是大 班授课，应该尽快适应。 班授课，应该尽快适应。
大学与中学的物理学课 程在教学内容上有联系， 程在教学内容上有联系， 甚至还有某些重叠。 甚至还有某些重叠。但大 学的教学重点放在学习新 知识和新方法以及培养科 学研究能力与素质上， 学研究能力与素质上，需 全力以赴，才能不掉队。 全力以赴，才能不掉队。
6. 《伯克利物理学教程 第五卷 统计物理 伯克利物理学教程·第五卷 第五卷·统计物理 瑞夫. 科学出版社. 学》F. 瑞夫 科学出版社 1979年9月. 年 月 7. 《费曼物理学讲义 第一卷》. R. P. 费 费曼物理学讲义·第一卷 第一卷》 莱登, 桑兹. 曼, R. B. 莱登 M. 桑兹 上海科学技术出版 社. 1983年7月. 年 月 8 . 《普通物理学教程之二·热学》. 张玉 普通物理学教程之二·热学》 阮耀钟. 高等教育出版社. 1991年10月 民, 阮耀钟. 高等教育出版社. 1991年10月. 9. 《普通物理学（热学）》. 包科达. 北 普通物理学（热学） 包科达. 京大学出版社. 1989年 京大学出版社. 1989年9月.
1mol物质中就有 ×1023个分子 对于 这个数 物质中就有6× 个分子, 物质中就有 个分子 量的大小我们缺乏感性认识。宇宙的年龄为10 量的大小我们缺乏感性认识。宇宙的年龄为 10 年数量级， 确切些说是160亿年。 亿年。 年数量级， 确切些说是 亿年 1年 ∽ 107秒, 1010年 ∽ 1017秒 年 假如有一个“超人” 假如有一个“超人”，他从宇宙大爆炸那一刻 起与宇宙同时诞生，并与宇宙的年龄相同， 起与宇宙同时诞生，并与宇宙的年龄相同，若他 1秒数 个分子，则他从宇宙诞生时刻数到现今 秒数10个分子 秒数 个分子， 才数了10× 个分子, 才数了 ×1017 = 1018个分子 差不多相当于 10-5 摩尔分子。 摩尔分子。 显然，人类不可能造出一部能计算10 显然，人类不可能造出一部能计算 23个粒子 的运动方程的计算机。 的运动方程的计算机。
第一章 热学
3、如果引入ZrO2这种网络外氧化物，但Zr4＋网络积聚作用强，叫高积聚 作用氧化物，也使 减小。
4、若加入具有高键力的Zn2+,Zr4+,Th4+等，它们处于网络间空隙，对周围 硅氧四面体起积聚作用，增加结构的紧密性，也促使膨胀系数下降。
3、热历史对膨胀系数 的影响
制造玻璃时曾经受到的热处理过程－热历史 退火：消除热应力 淬火：高温冷却（保持了高温结构，密度小，质点间距大， 键力小， 大）
n : 量子数（ ，2，......) 0 1 3， ，
晶格振动的能量是量子化的，以hv为单元来增加能量。 在微观世界中，波粒二象性具有普遍意义，声频支格波可以看做波的
形式，也可以看做粒子的形式，这个粒子就是声子，声子的能量就是
hv.
使用声子的概念不仅生动地反映了晶格振动能量的量子化，而且在分
第一章 材料的热学性能
第一节 热容 第二节 热膨胀
第三节 热传导
第四节 热稳定性
第一节 热容
一、晶格振动与格波
1.晶格振动----晶体点阵中的质点（原子、离子）总
是围绕着平衡位置作微小振动 介质温度的高低也就反映了这种振动的强烈程度， 所以也称为热振动。以一维晶格为例
斥 力
1 2
3 4
r0 r
引力
（2）化合物的热容定律－柯普(Kepp)定律
“化合物分子热容等于构成此化合物各元素原子热容之和”。 即：Cv=niCi
2.量子理论
在晶体中，各质点都是以各自固有的频率在振动，每个
质点的振动都是以前进波的形式在晶体中传播，这种波是
格波，格波中对热容作贡献的是声频支格波（长波），声 频支格波的能量是量子化的，即它的能量具有不连续的能 级，谐振子的振动能量可以表示为： 1 E h ( n ) 2 式中：h : 普朗克常数，62 1034 J / s 6. : 频率
大学物理-热学绪论
热 学
Thermal Physics
一、研究对象
1.热现象与热运动( Heat phenomena or thermal effect)
与温度有关的物理性质的变化统称为热现象。
微观：热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。
大量分子的无规则运动称为热运动。
它是一种基本的运动形式。
热现象是组成物体的粒子热运动的结果。
热运动的特点：
个体： 无规律 总体： 存在确定的统计规律.
2.热学的研究对象
热学是研究与热现象、热运动有关的规律的科学。
二、热学的研究方法：
宏观法
最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学) ------称为热力学。 热现象的宏观理论。
可靠、普遍。
微观法
物质的微观结构 + 统计方法 ------ 称为 统计力学。 热现象的微观理论。 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)。
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。这称为动态平衡。
粒子数是宏观量
箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒 子可以穿越界线，但两侧粒子数相同。
涨落
处在平衡态的系统的宏观量，如压强 P，不随时间改变， 但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样， 这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。
上例中两侧粒子数不可能 严格相同，这里的偏差也 就是涨落。
2. 平衡态的状态参量
状态参量：描述系统状态的量。
气体状态参量
) 体积 V ) 压强 P
单位：帕斯卡（Pa）
1atm=1.01325×105 Pa = 76cmHg
) 温度 T
Thermal Physics
一、研究对象
1.热现象与热运动( Heat phenomena or thermal effect)
与温度有关的物理性质的变化统称为热现象。
微观：热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。
大量分子的无规则运动称为热运动。
它是一种基本的运动形式。
热现象是组成物体的粒子热运动的结果。
热运动的特点：
个体： 无规律 总体： 存在确定的统计规律.
2.热学的研究对象
热学是研究与热现象、热运动有关的规律的科学。
二、热学的研究方法：
宏观法
最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学) ------称为热力学。 热现象的宏观理论。
可靠、普遍。
微观法
物质的微观结构 + 统计方法 ------ 称为 统计力学。 热现象的微观理论。 其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)。
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。这称为动态平衡。
粒子数是宏观量
箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒 子可以穿越界线，但两侧粒子数相同。
涨落
处在平衡态的系统的宏观量，如压强 P，不随时间改变， 但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样， 这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。
上例中两侧粒子数不可能 严格相同，这里的偏差也 就是涨落。
2. 平衡态的状态参量
状态参量：描述系统状态的量。
气体状态参量
) 体积 V ) 压强 P
单位：帕斯卡（Pa）
1atm=1.01325×105 Pa = 76cmHg
) 温度 T
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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
::: : : ::: … ------------------纯水 … = ::: = --------------------纯 冰 … :… : ::: … -------------------温度计 = = ::: :… : ::: … … = = ------冰水混合物 … : :::: :… ------保温瓶
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
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
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、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。
‘
------------------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.
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
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。
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
373.15 373.00 200 400 600 800 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]
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
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。
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。
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。
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、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。
§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。
§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；
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)
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
::: : : ::: … ------------------纯水 … = ::: = --------------------纯 冰 … :… : ::: … -------------------温度计 = = ::: :… : ::: … … = = ------冰水混合物 … : :::: :… ------保温瓶
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
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
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、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。
‘
------------------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.
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
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。
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
373.15 373.00 200 400 600 800 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]
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
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。
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。
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。
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、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。
§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。
§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；
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)