热学第二版李椿绪论

? 热力学平衡态
一个系统在不受外界影响的条件下，如果它 的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系 统处于热力学平衡态。 平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。
实例：理想气体绝热自由膨胀。
系统处于平衡状态主要满足两点：①不受 外界影响。②不随时间变化。但这里
所说的“平衡”是从宏观上看，在微观上 ，组成系统的大量粒子在永不停息地运动
， 是一种动态平衡，称热动平衡。 上页 下页
注意
? 与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但 由于有外界的影响，故在系统内部存在能量 流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态 的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”
同时考虑，缺一不可。
?
稳恒态实例：
金属杆
100 oc
0 oc 上页 下页
? 区别平衡与稳定：外界绝热的均匀金属棒两端与
? 古希腊（公元前427—347年）： 火是一种运动的表现形式
十八世纪：热质说，建立了系统的计温学和 量热学。
十九世纪： 热运动学，热是一种运动的表 现形式。
焦耳实验；迈耳、亥姆霍兹（热力学第一定律）； 克劳修斯和开尔文（热力学第二定律）；
目前：分子运动论学说；量子统计学说
钻木取火 伽利略温度计 16世纪 (明)
平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不 停的无规运动之中，只是它们的统计平均效 果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种 动态平衡，称之为热动平衡。
《热学》电子教案
（Thermal physics ）
面向物理学本科学生
主讲：李小珠
.热学.
考核方法
1. 总评成绩＝平时成绩30%+期末考 试成绩70%
2. 平时成绩＝纪律表现情况、作业成 绩.
缺交一次作业扣2分；迟交作业一次 扣1分；欠做作业1题扣0.5分；课堂违 纪一次扣1分；
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绪论
一、热学的研究对象及其特点 ? 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 。 所谓热运动即组成宏观物体的大量微观粒子的 一种永不停息的无规运动。
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；
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3、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
பைடு நூலகம்
2、微观描述过程：统计物理学
统计物理学 则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大
数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看 作由微观粒子热运动的统计平均值所决定，由此找出微观量与宏 观量之间的关系。
两个恒温热源 T1、T2接触，
T1<T2 ， 稳定导热问题。
取金属棒为系统，由于它受外界影响，且金 属棒内、外存在不平衡势，故是处于稳定状态而 不是处于平衡状态。若去掉热源，金属棒不受外 界影响，最终整个金属棒温度 T＝1/2（T1＋T2） 这时金属棒达到了平衡态。或两热源温度相等， 外界作用的平均效果为零，金属棒也处于平衡态 。
? 区别平衡和均匀：水和水蒸气组成的系统， 不受外界的影响，系统的宏观性质不随时 间变化，处于平衡状态。其中每一 部分是 均匀的，但整个系统是不均匀的。所以系 统平衡不一定均匀。对于单相系，忽略重 力 场的影响，可认为是均匀的，可用统一 的、确 定的状态参数描述系统状态
。水蒸汽。
液体
? 热动平衡:
气体分子动理论是统计物理最基本，最简单的内容。 它是从物质的分子结构概念出发，对气体分子运动及相互作用 提出一定的假设模型，再根据每个气体分子所遵从的力学规律 利用统计方法找出热运动的宏观量（如压强、温度等）与分子运动 微观量的统计平均值之间的关系。
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热学内容图析
热学发展简史 研究对象及方法
瓦特早期蒸汽机
1807年
1823年
1892年
主要参考书目：
1. 秦允豪，《热学》（第二版），高等教育出版社，2006 2.赵凯华等，《热学》，高等教育出版社，2005 3.黄淑清等， 《热学教程》，高等教育出版社，2003 4.王竹溪，热力学，北京大学出版社，2005 5、 梁绍荣等，普通物理学，第二卷，高等教育出版社，2006
.热学.
第一章 温 度
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§1 平衡态 状态参量
? 系统与外界
1.热力学系统（简称系统） 在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏
观客体。
2.系统的外界（简称外界） 能够与所研究的热力学系统发生相互作用 的其它物体 。
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孤立系统： 与外界既不交换物质又不交换能量的系统 封闭系统： 与外界不交换物质但可交换能量的系统 开放系统： 与外界既交换物质又交换能量的系统
微观描述方法 在于它在数学上遇到很大的困难， 的局限性： 由此而作出简化假设（微观模型）
后所得的理论结果与实验不能完全 符合。
? 热力学基础
3、热物理学 ? 统计物理学的初步知识
? 液体、固体、相变等物性学 5
热学的主要内容
? 我们将介绍作为热力学物理基础的几个基本定律， 统计物理学的基本概念以及气体分子运动论的基 本内容。还有固体和液体的一些性质。
一级相变特征及 基本规律
热学发展史
?古 代 ： ? 古希腊（公元前611—430年） 四元素说： 万物是由土、水、火、气四种元素在数量 上不同比例的配合组成的。
我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、土 是构成世界万物的五种基本元素，
称为五行。中国古代提出的元气说，就认为热 （火） 是物质元气聚散变化的表现。
热学研究对象： 所有与热相联系的现象。
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。
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二、宏观描述方法与微观描述方法
1、宏观描述方法：热力学方法
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 ，叫做热力学。
热力学方法的优点：
热力学基本定律是自然界中的普适规律，只 要在数学推理过程中不加上其它假设，这些 结论也具有同样的可靠性与普遍性。 热力学的局限性：
总论
热力学基础 (宏观理论)
分子运动论 (微观理论)
计温和量热 热传递的一般规律
热力学平衡态的特征及充要条 热力学第零定律\温度和温标 理想气体定律与状态方程
热学理论的应用 (物性学)
热力学第一定律 热力学第二定律
热机
分子运动论的实验 基础及基本论点
理想气体分子运动 的规律 理想气体内迁移规律
范德瓦耳斯气体、 液体、固体的基 本性质