7.4温度和温标教学内容

一、平衡态与状态参量
1、系统：热学中把热学研究对象的整体，叫做一个热 力学系统，简称系统。是由大量无规则热运动分子组成。
明确：系统就是热学的研究对象，即就是由大量无规 则运动的分子组成的系统
2、外界：不属于系统内与系统发生相互作用的其他物 体称之为外界或环境。
注：系统与外界之间往往存在相互的作用．在物理学 研究中，对系统内部问题，往往采取“隔离”分析方 法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体” 分析的方法．
常见的参量与描述性质： ①几何性质 描述系统的大小、形状、体积等。
②力学性质 描述系统的压强、应力、表面张力等。
③热学性质 描述系统温度。 ④电磁性质 描述系统在电、磁场作用下的性
质，如电场强度，磁感应强度等。
4、平衡态：在没有外界影响的情况下，一个系 统内部各部分的所有宏观状态参量不再随时间 发生变化时的稳定状态称之为平衡态．
热平衡概念也适用于两个原来没有发
生过作用的系统（一般处于平衡态）． A
因此可以说，只要两个系统在接触时
不传热，我们就说这两个系统原来是处于 热平衡的．
A
B B
平衡态和热平衡的区别
热平衡和与平衡态是两个不同的概念， 平衡态描述的是一个系统内部各部分之间的所有宏 观状态参量及宏观性质都相同；而热平衡指的是两个系 统接触后传热 及温度关系。
带着下面问题仔细阅读课文包括插图、扉页角批及课
后习题，思考后回答问题
1.热学的研究对象是什么？ 2.什么是热学中的外界？ 3.描述热学系统状态的宏观状态参量常见的有那几个？ 各自的作用即分别描述状态的那一个特征？ 4.一个系统处于什么状态是热学中的平衡态？判断一个 系统是否处于平衡态的标志是什么？定义热学中系统的 平衡态的有何意义？ 5.热学中的一个系统的平衡态是不是就是指任意一种稳 定状态？与力学中的平衡态是否相同？它的特点是什么？ 6.什么是热平衡？热平衡是不是就是热学中的平衡态？ 判断两个系统是否达到热平衡的标志是什么？ 7.热平衡定律的内容是什么？它的主要作用是什么？ 8.什么是温标？建立温标常包含那几个要素？了解建立 温标包含的要素有什么作用？
例1．在热学中，要描述一定气体的宏观状
态，需要确定下列哪些物理量( BCD )
A．每个气体分子的运动速率 B．压强
C．体积
D．温度
解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观
量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气 体的宏观状态参量．气体的压强、体积、温度分 别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质 进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状 态参量．显然B、C、D选项正确．
定义条件：系统不受外界影响（系统与外界无能量交 换） ；所以不能说稳定状态就是平衡态，关键要看系统 是否与外界无能量交换即没有外界影响下的稳定状态。
平衡态判断标志：描述系统状态的温度、压强等所有状 态参量及宏观性质不随时间变化；
确定平衡态的意义：因系统处于平衡态时，系统内所有 性质不随时间变化，比较容易描述这些性质。
3、状态参量 ： 描述系统状态的宏观物理量叫做 状态参量．
物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性
质、力学性质、热学性质、电磁性质等等．而在热源自中为了描述和确定系统的状态，常用到状
态参量有：
一是：几何参量体积V，描述系统的几何性质，作用是 确定系统占据的空间范围。（注：凡题目给出的长度面 积等几何参量就是为求压强或等效代替压强） 二是：力学参量压强p，描述系统的力学性质，作用是 确定外界与系统之间或者系统内部各部分之间的力的作 用。（因由压强可以求压力，求受力问题实质就是求压 强） 三是：热学参量温度T，描述系统的热学性质，作用是 确定系统的冷热程度。
平衡态的特点：（1）热学系统所处的平衡态是一种动 态平衡，即微观动态宏观平衡的状态。组成系统的分子 仍在不停的做无规则运动，只是分子运动的平均效果不 随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化，这 种动态平衡的特点充分说明热运动是物质运动的一种特 殊形式。 （2）平衡态是一种理想情况，因为完全不受外界影响 是不可能的，系统平衡后由于涨落，仍可能发生偏离平 衡状态的微小变化。
二、热平衡与温度
5、热平衡：相互接触的两个系统通过传热等相互作用， 经过一段时间后，两个系统的状态参量不再变化时，我 们就说这两个系统对于传热来说达到了热平衡。
说明：热平衡是热学中的一类平衡，犹如力学中共点
力平衡是力学的一类一样，它是相对于传热而言的，两 个系统达到热平衡的实质就是两系统不再进行热传递， 不传热的充分条件是温度相同，因此两系统达到热平衡 时两个系统不再变化的状态参量是温度参量。
7.4温度和温标
引入：通过对物理的学习我们知道，探究和解决一个
物理问题的基本思路是：首先要选取研究对象，其次学 习描述相关运动现象的物理量及探究运动所遵循的物理 规律，而研究对象的选取方法有为确定单个物体之间相 互作用及关系而只选一个物体的隔离法和以物理规律相 同的多个物体系统为研究对象的整体法，已知的条件和 研究的问题不同，选取的研究对象不同。而且研究对象 一旦确定，物体之间的相互作用的性质（是内力还是外 力）也就唯一确定了。今天我们来学习以大量无规则运 动的分子为研究对象的热学的研究对象选取，描述热学 规律的状态参量及与力学类似的平衡状态及规律。
处于平衡态时所有状态参量都保持稳定，对热平衡 来说只指温度参量相同，故系统处于热平衡时不一定处 于平衡态。
注：我们常以是一个系统还是两个系统来区分平衡 态还是热平衡，但要特注系统的选取是任意的 由人来 决定，例如把两个物体选作两个系统达到温度相同时就 说这两个物体达到热平衡，若把这两个物体选作一个研 究系统，若体积、压强、温度都相同则就可以说这两个 物体组成的系统处于平衡态。
6、热平衡定律(又叫热力学第零定律)：
如果两个系统同时分别与第 三个系统达到热平衡，那么这两
A
C
个系统彼此之间也必定处于热平
衡，这个结论称为热平衡定律。 B C
AB
两系统达到系统热平衡状态的特征：互为热平衡的两个 物体或系统具有相同的温度。
热平衡定律(又叫热力学第零定律)的作用是：给出了温 度的宏观定义；为温度的测量提供的理论依据，是温度 计测量物体温度的原理。