热学-1-1(基础物理课堂讲稿下第一讲)

)表示
◆ 非平衡态：无外界影响下,系统各部分的宏观性质可自发地
发生变化的状态。
◆ 稳定态：在外界影响下,系统的宏覌性质长时间不发生变 化的状态。
高温
低温
பைடு நூலகம்
◆ 热力学平衡
包括力学平衡、热平衡、化学平衡, 其表现为： 系统内压强均匀、无宏观粒子流动、温度处处相同、
浓度相同、化学反应达到平衡等。
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
交换能量，但可处于均匀的外力场中；
例1：两头处于冰水、沸水中的金属棒
是一种稳定态，而不是平衡态；
高温
低温
例2：处于重力场中气体系统的粒子数密
度随高度变化， 但它是平衡态。
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
(2) 平衡是热动平衡，是微观运动的平均效果不变 (3) 平衡态是最简单的状态, 如平衡态气体系统可用(p,V,T
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程 上学期总成绩大于等于95分同学名单
11021025 11021033 11021046 11021047 11021071 11021072 11021080 11021097 11021119
魏鹏 96 沈丹璐 96 林建和 99 赵懿凡 98 沈欣 98 朱晨 98 林威 96 刘航 95 王帅 95
● ptr不同，系统温度T有小偏
T
差； 测温物质不同，T有小 偏差;
● ptr →0， T趋近相同的数值,
且与气体种类无关。此T为所 有气体共有，因此称p→0的气 体为理想气体。
p 称此T为理想气体温标即： TV ( p ) 273 . 16 plim 0 p tr tr
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程 第一讲 热学的研究对象和研究方法 对象：物体的冷热现象 方法：⑴ ⑵ 宏观实验规律 → 逻辑 → 热力学 大量微观粒子 → 统计法 → 统计物理学
① 宏观理论;
② 微观理论
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
§1.1 物质结构的基本图象
11021128 11021148 11021154 11021156 11021159 11021226 11021236 11021240 11021244
周龙达 97 刘志杰 95 辛晨 98 张振 97 钟哲 95 吴铮 98 黄磊 98 王迎旭 95 李大伟 95
大于等于90分同学人数=79人
分子是组成物质的保持物质化学性质的最小单元，如O2，H2O…；
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
● 物质分子处于不停顿的无规则运动状态
( 布 朗 运 动 )
● 分子之间存在相互作用
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
物质有三种基本形态：固态，液态，气态。
作用力 ƒ 与相互作用势能 φ 关系：
f r
p tr
细毛管
水银
求得被测系统的温度T。
被测系统
②再把球泡中的气体取出一部分,球 泡再放入三相点的水中测得较小的ptr。 再将球泡放入被测系统中测得p。由公 式求得被测系统的温度T。
球泡
③再从球泡中取出部分气体,获得更小的ptr ,再测系统温度 T； ……
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
按相同的步骤继续进行下去，即减少球泡中的气体，由更 低的ptr值计算出系统温度T。由此可绘出曲线如图。 实验发现：
tr
V
用上述方法测得水的冰点温度T0为273.15K。 因此由 T 得知：理想气体温标T与摄氏温度t的关系为：
T ( K) 273.15 t ( C)
T0 t
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
2010年考题选C
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
● 物质由分子、原子等微覌粒子组成
19世纪,道尔顿(英)发现一种物质和另一种物质化合形成其它物质
时,它们的质量总成简单的整数比关系。提出：物质由原子组成。
化合物可化学分解，而单质物质不能化学分解。提出：
化合物由分子组成，分子由原子组成, 原子不能化学分解。 所有物质都由分子、原子构成。 原子是组成单质和化合物的基本单元。 原子由原子核和电子组成；原子核由质子和中子组成；…
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
参考书： 1.张三慧《热学》（工科，清华） 2.赵凯华《热学》（理科，北大） 3. R.瑞斯尼克,D.哈里德《物理学· 第一卷第 二册》科学出版社. 1980年2月
一定量气体且体积不变,则气体压强p与摄氏温度t有如下关系：
p p 0 (1 p t )
p0表示0°C时气体的压强
不妨设： p

1 T0
t T0
αp为气体的压强温度系数, T0引入量
) p0 T0 t T0 p0 T0 T,
所以有：
p p 0 (1
其中:
T T0 t
ptr (定体)
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
由盖-吕萨克定律(定压,1802)：
V V 0 (1 V t )
V0表示0°C时气体的体积
令： V

1 T0
,
T T0 t
同样可以建立定压理想气体温标如下： T P (V ) 273 . 16 lim V p 0 tr
作业：1.2, 1.4, 1.6, 1.8
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
§1.2 热力学系统及其状态参量
▲ 热力学系统：在给定范围内由大量微现粒子组成的体系.
系统分类1: 开放系统: 封闭系统:
系统与外界之间关系：
如气缸内气体
有物质交换，有能量交换 没有物质交换，只有能量交换
孤立系统:
绝热系统: 系统分类2:
无物质交换,无能量交换
可能有物质或仅有机械、电磁能量交换,但无热量交换
§1.4
温度与温标
■ 温度概念 反映物体冷热程度的物理量;
本质上是组成系统的大量微覌粒的无規则运动剧烈程度的量度。
热平衡：系统中各处冷热程度相同(即温度相同)，从而没有 能量流动的平衡。 温度不同的两物体长期接触可以达到热平衡 测温物质—与被测物体热接触达到热平衡的物体(如水银等)
测温属性—与温度有单值函数关系的物理量(如水银柱高、电阻等)
相：有边界且均匀的物理和化学性质的系统或系统的一部分。
气态-气相；液态-液相；固态-固相。
注：一种物质可能有几个相，如铁有4个相, H2O有三相。
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
▲热力学系统状态参量:
热力学系统
T , P ,V
质点机械运动
r,v,a
温度T：反映系统物体冷热程度的状态参量
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
由此可见：引入量T0的物理意义就是0 °C时气体的新温标温度 并有： T 显然： T
p T0 p0 p p0 T0 T1 P1 T2 P2


規定: 水的三相点(即冰、水、水蒸气三相共存)温度为Ttr=273.16K. 气体在 此温度下的压强为 ptr 所以有：
規定：水的冰点为0 °C ，水的沸点为100 °C 水银温度 t 与水银柱长度 x 有线性关系：
t ( x ) t 0 kx
所以有：
t ( x ) 100
x xi x s xi
xi为t=0 °C时的水银柱高；
xs为t=100 °C时的水银柱高.
32 9 5 t ( C)
0
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
本学期基础物理学内容：
热学 光学 相对论 原子物理学 原子核物理
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
基础物理学(下)---热学
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程 第二章 热平衡态的统计分布律 第三章 近平衡态中的输运过程 第四章 热力学第一定律 第五章 热力学第二定律和第三定律
热力学第零定律的本质：
存在一个反映物体冷热程度的物理量---温度.
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
■ 温标-----确定温度数值
(1) 经验温标
测温物质---水银; 测温属性---细玻璃管中水银的体积 ★ 华氏温标(°F) 华伦海特(德) 1714年
规定：冰和盐水的混和物为0 °F ，水的沸点为212 °F. ★ 摄氏温标(°C) 摄尔修斯(瑞) 1742年
华氏温标和摄氏温标的关系式：t F ( 0 F)
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
(2) 理想气体温标(难点！) 经验温标测温度范围有限。因此,需要用其它测温物质测高温 或低温。但是，不同测温物质的温度计会测出不同的结果。 必须建立统一的温标作为标准 -----选气体作为测温物质 由查理定律(定体,1787)：
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
■ 热力学第零定律---温度计的理论依据 若物C(温度计)与物A，物C与物B处於热平衡状态，则A、B 也处于热平衡状态。即： 若 A=C， B=C 则：A=B (热平衡的传递性)
注：这种数学结论，在物理上并非普遍成立。
例如：两铁块A、B都与磁铁C相吸，但A、B不见得吸。
T T tr p p tr 273 . 16 p p tr
(定体)
由此，可以制作定体气体温度计。
第一章 热力学系统的平衡态及状态方程
一种定体气体温度计如图所示： 做如下实验： ①将一定量的气体装入球泡，球 泡再放入三相点的水中测得ptr。再 将球泡放入被测系统中测得p。然后， p 由公式 T 273 . 16