第一章 温度

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
26
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1.3 气体的状态方程
一个热力学系统的平衡态可由四种状态参量确定。 第0定律表明，平衡态下的热力学系统存在一个 状态函数温度。温度与四种状态参量必然存在一 定的关系。所谓状态方程就是温度与状态参量之 间的函数关系式。 此定义适合于任何热力学系统。 一定质量的理想气体，当不必考虑电磁性质 和 化学性质时，可看作简单系统。 T、 V、和P的 函数关系即其状态方程。
0
t是摄氏温标 TR是兰（金）氏温标
T R 1 . 8T (
TR [
温度
热力学温度
R
)
K
0
tF
0
459 . 67 ] R
与热力学温度 的关系
F
通用 情况
国际通用
国际通用
单 符 固定点的温度值 位 号 绝对零度 冰点 三相点 汽点
K
C F R
T
t tF
0
-273.15 -459.67
273.15
温度高低标准的制定—温标三要素
(1) 测温物质：选定作为标准的第三个物体。如：气体、固体。 (2) 测温属性：选定测温物质的某物理量（测温参量）作为标记 温度的属性。如:气体的体积、压强、固体的电阻、发光强度。要求:与温度
有单值的显著的函数关系的物理量，并包括测温曲线。测温曲线一般是直线
(3) 固定标准点：规定标准点的状态及其温度值。在标准点处，
M

RT
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31
例 容积为25.0L的容器中盛有1.00mol的氮 气，另一只容积为 20.0L 的容器中盛有2.00 mol 的氧气，二者用带有阀门的管道相连，并 置于冰水槽中，现打开阀门使二者混合，求平 衡后混合气体的压强是多少？混合气体的平均 摩尔质量是多少？ 解：根据混合气体状态方程，混合气体的压强为 γRT P= V V 为混合气体的总体积V1+V2 γ为混合气体的总摩尔数γ1+γ2 P = (γ1+γ2) RT V1+V2
p

pi
道尔顿 (Dolton) 分压定律
p iV i RT
混合气体的摩尔数
根据理想气体状态方程
M1 M 2 Mn ( p 1 p 2 p n )V 2 n 1
引入平均 摩尔质量
RT RT
Leabharlann MpV 热 学
1
★引言
一. 热学的研究对象及内容
对象： 宏观物体（大量分子原子的系统） 或物体系 — 称为热力学系统 。 系统
外界
外界
内容： 与热现象有关的性质和规律。 宏观上说是与温度 T 有关； 热现象
微观上说是与热运动有 关。
2
2
二. 热学的研究方法 1. 宏观法
宏观的基本 实验规律
优点:可靠,普遍。 缺点:未揭示微观本质。
vtr：一摩尔理想气体在水的三相点（Ttr=273.16K）
及一个大气压下（Ptr=1atm）的体积
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R
ptr vtr 273.16 K
……普适气体常数
设1摩尔理想气体在冰点（ T0=273.15K ）时的压强和 体积分别为p0和v0。则有
p0 v0 273.15 K

ptr vtr 273.16 K
V0不变
P Ptr 273.16 K
X X tr
T ( P)
T(P) 表示定体气体温度计与待测系统达到热平衡时的温度； Ptr 为气体温度计在水的三相点时的压强。
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实验表明： 在Ptr→0极限情况下，所测定的温度值是相同的， 不依赖于测温气体的个性（测温物质、测温属性的选择）.
T(p) 374.0 T(p)=373.15K O2 空气 N2 H2 200 400 600 800 1000
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7
二.平衡态
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。 注意区分平衡态与稳定态：
绝热壁
系统
恒温器1
绝热壁
系统
恒温器2
T1
T2
平衡态
稳定态
平衡态是热学中的一个理想化模型。
我们主要研究平衡态的热学规律。 下面说明有关平衡态的两个概念:
8
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1. 动态平衡
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 ----------动态平衡状态。
七.摄氏温标、华氏温标与兰氏温标
t T 273 . 15 C
绝对零度（absolute zero）
- 273.15℃ 是理想气体的体积与压强都趋于零时的温度，这 个温度是所有可能达到温度的最低极限，其本身是达不到的。 24
24
T是理想气体温标
tF [
9 5

t
0
C
0
32 ] F

T（ X） = aX

a 是一个待定常数，以相等的温度差对应于 测温参量的等量变化。
若测温参量为 X 的 同样温度计所测定的两 个物体的温度之比跟这两个温度所对应的X 值之 比相等，即


T（ X1）/T（ X2）= X1//X2
15
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若用 Xtr 表示测温参量 X 在三相点状态 的数值，任何温度计都有
373.2 373.0
Ptr/(133.3224Pa)
在压强极低的极限情况下，气体温标只 取决于气体的共同性质，而与特定气体的特 殊性质无关，这时所遵循的普遍规律建立的 22 温标叫理想气体温标。
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理想气体温标的定义 ：
T T ( p ) 273.16 lim p ptr V Vtr
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）。 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。
2. 涨落
处在平衡态的系统的 宏观量(例如压强 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 -------涨落现象。
分子数越多,涨落就越小。
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描写平衡态的宏观物理量 称为状态参量（态参量）。
几何参量：
如长度、面积、体积、 液体表面曲率、固体 中各种应变等
化学参量： 用来描述系统的化学 成分、如质量、浓度 或摩尔数等
逻辑推理
热现象规律
------称为热力学
2. 微观法
对物质微观结构 提出模型、假设 热现象规律 ------称为统计力学 其初级理论称为分子动理论 (分子运动论)
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统计方法
优点:揭示了热现象的微观本质。 缺点:受模型局限，普遍性较差。
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热学内容图析
热学发展规律简史 研究对象及方法 总论 量热与量温 热传递的一般规律
所有标度方法相同的温度计都要给出温度T的相同读数。
标准点的选定不是唯一的，因而温度计的标度方法不是唯一的。
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SI: 国际上规定选用水的三 相点（triple point）为标准 温度点，其数值为 273.16 k ，水的三相点是纯水纯冰和 水蒸汽平衡共存状态的温度
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通常假定测温参量随温度作线性变化，设 以 X 表示所选定的测温参量，以 T（X）表示 温度计与被测系统达到热平衡时的温度值。令
热 力 学 系 统 状 态 参 量
力学参量： 如压强、液体表面张 力、固体中各种应力 等
电磁参量： 电场程度、磁场强度、 电介质中的电极化强 度，磁分质中的磁化 强度等
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1.2 温度
一. 热平衡态
两系统在热接触情况下， 有分子热运动能量的传递， 相当长时间后达到的共同 平衡态称为热平衡态。
绝热壁
定义 温度：处于同一热平衡态下的热力学系统 所具有的共同的宏观性质,称为温度。 一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度。 因此，温度取决于系统内部分子（对质心） 的热运动状态，与系统的整体运动无关。
一般物体热胀冷缩，也有热缩冷涨的。 表演实验 记忆合金趣味实验（KR011）
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三. 温标
温标：温度的数值标度。
伽利略制作的
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测温装置
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B A D
C C
定容气体温度计
（constant-pressure gas thermometer） C 测温泡 A、B水银压强计
18 D 水银贮器
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溫度計及溫度的尺度
等容氣體溫度計
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思考：
各种物质的各种测温属性随温度的变化 不可能都是一致的，如果我们规定某物质的 某种测温属性与温度成线性关系，则其他测 温属性与温度的关系就不可能是线性的。因 此，用不同的测温物质或同一物质的不同性 质建立温标往往不一致(书, p11，图1-3) 。
Ptr 0
( 体积 V不变 ）
T T (V ) 273.16 lim
Ptr 0
( 压强 p不变 ）
注：理想气体温标在 > 0.5K的范围有效。
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六. 热力学温标(thermodynamical scale)
建立在热力学第二定律基础上的，不依赖于任何物 质的具体测温属性的温标。 也规定：单位K (Kelvin)， 也规定：水的三相点 T3=273.16K 所以，热力学温标=理想气体温标（在有效范围内）。