《高等工程热力学》02热力学温标
工程热力学2 温度与热力学第零定律
（2-9）
A ( X A , YA )
(XC )
C ( X C , YC )
（2-10）
因而
A ( X A , YA ) B ( X B , YB ) C ( X C , YC )
（2-11）
上述证明很易推广到任意多个系统处于热平衡且每个系统有任意独立 变量个数的情况。
感受的即使是同一物体，有时也会有偏差--如将一只手浸在热水中，另一只手浸
在冷水中，然后将两只手同时放入冷热程度介于二者之间的水中。这时，第一只手会 觉得冷些而第二至手会觉得热些。
因此，人手是一个很不准确的温度计，不能单凭感觉去判断物体温度的高低。 必须把温度的概念和温度的测量建立在坚实的基础上。
1. 热平衡－－热力学第零定律
p p0 T
和
（2-17） （2-18）
V V0T
综合之
pV m RT
只是其体积
证明：对于一定质量的理想气体，若按定容变化，则式（2-17）中的 的函数，即有 （1） p
p0
V 若按定压变化，则式（2－18）中的T
两式相除，得
f (V )
只是其压力
的函数，即有
V0
p
V g ( p) T
pV C mR T
式中 R 为单位质量的气体常数。
（5）
可直接用状态方程式构造理想气体温标（定容或定压）进行测温，由于压力 （或体积）与温度成正比，故此时只需一个基准点即可，称为单点定标。为
使测量的结果更准确，重复性更好，将水的三相点（固、液、汽三相平衡共 ttr 0.01 存）作为基准点*。因三相点温度 ℃，故令理想气体温标的定义式如
2 第二章 热力学基本定律
全微分 可正可负
2-2 封闭系统能量方程
热力学能(internal energy)
物质内部拥有的能量统称为热力学能（内能） 分子平移运动、转动和振动的动能(内动能) 分子间因存在作用力而相应拥有的位能(内位能) U 维持一定分子结构的化学能、分子的结合能 电偶极子和磁偶极子的偶极矩能 原子核能（原子能） ……（电子的运动能量等） 通常情况下，热力学能仅包括内动能和内位能 U = Uk + Up
高 等 工 程 热 力 学 Advanced Engineering Thermodynamics
热力学基本定律
Basic Laws of Thermodynamics
周帼彦
1
第二章 热力学基本定律
1 2 3 4 5
2-1 热力学第一定律的实质 2-2 封闭系统能量方程 2-3 开口系统能量方程 2-4 稳定流动能量方程式及其应用 2-5 热力学第二定律
δmi ei
δQ
E
δm j e j
E+dE
ห้องสมุดไป่ตู้
流出：δW δm j e j
流入： δQ δmi ei
内部贮能的增量：ΔE = ΔEk + ΔEp + ΔU
2-2 封闭系统能量方程
研究对象：
无质量进出，宏观动能及重力位能均不变化的封 闭系统
系统能量：
能量守恒与转换定律是自然界的基本规律之一。
含义：
一切物质都具有能量。 能量既不可能创造，也不能消灭，它只能在 一定的条件下从一种形式转变为另一种形式。 在转换中，能量的总量恒定不变。
2-1 热力学第一定律的实质
热力学第一定律实质是：
高等工程热力学 第一讲-温标 功、热、熵的微观释疑PPT课件
QL TL QH TH
第2节 温标
如果卡诺热机中的工质用理想气体，分析计算可得与上
式相同的表达式。证明，上式 TL， ，TH就是理想气体温
标决定的温度。所以，热力学温标与理想气体温标是完 全一样的，只是在测温时，前者不局限于理想气体。
为什么选择水的三相点为273.16K？
理由 1. 大量实验表明，沸点和冰点的稳定性和复现性 都没有三相点好。
理想气体温标
由查理定律，在V不变时，定量气体的压力p与温度pt)
（下标0表示在0 ℃ 的值， 称p为压力系数） 实的V验中表装明有：的不m同不性一质样的，气体，也p有不p差一别样。，同一气体不变
第2节 温标
大量实验发现一个规律，不论什么气体，当m不断减少， 直线在横轴上的交点收敛于－273.15℃。
指针偏转 弧光灯 灵敏电流计
光电效应 光子
锌板
铜网
高压电源 紫光照射时电流计指针发生偏转
第1 节 能量的量子化特征
第1 节 能量的量子化特征
光电效应的规律
1、任何一种金属，都存在极限频率 0，只有当入射 光 ， 才0能发生光电效应；
2、光电子的最大初动能E与入射光强度无关，只随
入射光频率的增大而增大 ； 3、光电效应的发生几乎是瞬时的； 4、光电流随入射光强度的增大而增大。
普朗克 爱因斯坦
E h
第2节 能量的量子理论
光子说
爱因斯坦在1905年提出， 在空间中传播的光也不是连续 的，而是一份一份的，每一份 叫做一个光量子，简称光子。
光子的能量和频率成正比：
E h
第2节 能量的量子理论
爱因斯坦光电效应方程
1、逸出功： W
2、爱因斯坦光电效应方程：
高等工程热力学课后习题答案
高等工程热力学课后习题答案【篇一：工程热力学,课后习题答案】txt>工程热力学（第五版）廉乐明谭羽非等编中国建筑工业出版社第二章气体的热力性质2-2.已知n2的m＝28，求（1）n2的气体常数；（2）标准状态下n2的比容和密度；（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mv。
解：（1）n2的气体常数r?r08314?m28＝296.9j/(kg?k)（2）标准状态下n2的比容和密度v?rt296.9?273?p101325＝0.8m3/kg13v＝1.25kg/m ??（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mvr0tmv ＝p＝64.27m3/kmol2-3．把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?30kpa，终了表压力pg2?0.3mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的co2的质量。
当地大气压b＝101.325 kpa。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中co2的质量m1?p1v1rt1p2v2rt2 压送后储气罐中co2的质量 m2?根据题意容积体积不变；r＝188.9p1?pg1?b （1）（2）（3）（4） p2?pg2?b t1?t1?273 t2?t2?273压入的co2的质量m?m1?m2?vp2p1(?)rt2t1 （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kpa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题m?m1?m2?vp2p130099.3101.325(?)?(?)?1000rt2t1287300273＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1mpa的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
第二讲：热力学基本概念1-状态参数和热力学温标
常用温标之间的关系
绝对K 373.15 摄氏℃ 100 水沸点 37.8 273.16 273.15 华氏F 212 发烧 100 32 朗肯R 671.67 559.67 491.67 459.67
0.01水三相点 0 冰熔点 -17.8 -273.15
盐水熔点 0 -459.67
工程热力学
容积变化功
简单可压缩系统
C Compression i W Work k
压缩功 膨胀功
Expansion Work
工程热力学
State and state properties
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况 状态参数 描述热力系状态的物 量 状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征： 状态参数的特征
充要条件： Total diff differentials ti l
z z xy yx
2 2
可判断是否 是状态参数
工程热力学
Intensive properties
强度参数与广延参数
如压力 p、温度T
Extensive properties
强度参数 与物质的量无关的参数 强度参数：与物质的量无关的参数 广延参数：与物质的量有关的参数可加性
If t two b bodies di are i in th thermal l equilibrium with a third body, they are also in thermal equilibrium with each other.
工程热力学
为什么叫做热力学第零定律
热力学第零定律 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学第三定律 1931年 18401850年 18541855年 1906年 T E S
高等工程热力学复习资料
高等工程热力学第一讲热力学绪论工程热力学的研究内容与意义三个基本研究物理量：温度——研究热现象引进的物理量平衡态与可逆过程——经典热力学的研究前提。
第二讲本科基本概念复习第三讲热力学定律简述四个热力学定律的内容，并说明各个定律对热力学研究发展的重要性。
热力学第零定律1931年T热力学第一定律1840~1850年E热力学第二定律1854~1855年S热力学第三定律1906年S基准1、温度与热力学第零定律温度与热量的区别与联系分析几类温标，相互之间的联系∙热力学温标（绝对温标）Kelvin scale（Britisher, L. Kelvin, 1824-1907）∙摄氏温标Celsius scale (Swedish, A.Celsius, 1701-1744）∙华氏温标Fahrenheit scale (German,G. Fahrenheit, 1686-1736)∙朗肯温标Rankine scale (W. Rankine,1820-1872)2、能量与热力学第一定律计算3、熵与热力学第二定律孤立系统熵增原理计算火用的计算：1) 热量火用、冷量火用、热力学能火用、焓火用2) 封闭系统的火用平衡方程、稳定流动系统的火用平衡方程4、熵的基准与热力学第三定律第四讲纯净流体的热力学性质1、纯净流体的热力学曲面和相图；2、纯净流体的状态方程式；1）分析实际气体与理想气体之间的宏观与微观差别；2）介绍几类实际气体状态方程以及其相应的适用条件；3、纯净流体的热力学关系式；热力学一般关系式1）4个热力学基本方程（吉布斯方程）意义：是重要的热力学基本方程式，将简单可压缩系在平衡状态发生微变化时各种参数的变化联系起来。
2）偏导数关系和麦克斯韦关系式3）热力学微分关系式的推导方法 （1）数学基础：（2）偏导数的一般推导过程和数学技巧：du Tds pdvdh Tds vdpdf sdT pdv dg sdT vdp=-=+=--=-+热力学恒等式()()()()()()v p s T v p s T u h T s s u fp v v f gs T T h gv p p ∂∂⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭∂∂==-∂∂∂∂==-∂∂∂∂==∂∂偏导数关系()()()()()()()()s v s pT vT pTp v s T v p s s p v T s v p T ∂∂=-∂∂∂∂=∂∂∂∂=∂∂∂∂=∂∂麦克斯韦关系式()()1z z x yy x ∂∂=∂∂ 倒数式循环关系式((()1z x y x y zy z x ∂∂∂=-∂∂∂链式关系式()()()1w w w x y zy z x∂∂∂=∂∂∂不同下标关系式()((()z y w z x x x y w w y w∂∂∂∂=+∂∂∂∂du Tds pdv dh Tds vdp df sdT pdvdg sdT vdp=-=+=--=-+热力学恒等式4）熵、焓和热力学能的一般关系式4、 纯净物热力性质的计算。
热力学温标与摄氏温标的数值关系为
热力学温标与摄氏温标的数值关系为一、概述热力学温标与摄氏温标是描述温度的两种常用标准，它们之间存在着一定的数值关系。
了解和掌握热力学温标与摄氏温标的数值关系对于研究热力学过程、物质的热学性质具有重要意义。
本文将从热力学温标和摄氏温标的定义、数值关系以及在实际应用中的意义等方面展开讨论，以便更全面地认识和理解这一领域的知识。
二、热力学温标与摄氏温标的定义1. 热力学温标的定义：热力学温标是通过热力学温度计来测量的绝对温度标度，其零点对应于绝对零度，常用单位为开尔文(K)。
在热力学温标中，绝对零度对应于0K，即为温标的零点。
2. 摄氏温标的定义：摄氏温标是由摄氏温度计来测量的相对温度标度，其零点对应于水的冰点，常用单位为摄氏度(℃)。
在摄氏温标中，水的冰点对应于0℃。
三、热力学温标与摄氏温标的数值关系热力学温标与摄氏温标之间存在着一定的数值关系，通过下面的公式可以互相转换：\[T(K) = t(℃) + 273.15\]\[t(℃) = T(K) - 273.15\]其中，T(K)代表热力学温标的温度，t(℃)代表摄氏温标的温度。
四、热力学温标与摄氏温标的数值关系的意义1. 理论研究中的应用：在热力学的理论研究中，常常需要将温度从摄氏温标转换到热力学温标，以便进行物质热学性质的计算和分析。
而热力学温标与摄氏温标的数值关系使得这样的转换变得简单可行。
2. 工程实践中的应用：在工程实践中，特别是与热力学相关的工程领域，需要对温度进行精确的测量和控制。
而往往使用的是摄氏温标，但在一些特定情况下，也需要将其转换为热力学温标。
热力学温标与摄氏温标的数值关系为工程实践提供了便利。
3. 跨学科研究的应用：热力学温标与摄氏温标的数值关系使得在不同学科领域之间进行温度数据的交流和应用变得更加便捷。
特别是在跨学科研究中，不同学科对温度的描述和应用各不相同，而数值关系的存在能够有效地解决这一问题。
五、结论热力学温标与摄氏温标的数值关系是热力学和工程实践中一个重要的基础知识。
高等工程热力学第2章
第一节 热力学第一定律 热力学第一定律：自然界中的一切物质都具有能 量；能量有各种不同形式，并能从一种形式转化 为另一种形式；在转换中，能量的总数保持不变。 热力学第一定律的一般表达式为： （2-1a） Q E W 式（2-1）中： Q表示热力系统与外界交换的热量， 习惯上系统吸热取正值，系统放热取负 值； ，表示热力系初、终态总能量的
第二章 第一定律 瞬变流动
对于闭口系统，系统是静止的，由略去位能 变化时，则得到
E U
故式（2-1）中各式可相应写成
Q U W
q u w
Q dU W
q du w
(2-2a) (2-2b) (2-2c) (2-2d)
第二章 第一定律 瞬变流动
（ 2）
分别积分得
1 p2 kk T2 T1 ( ) p1
p1V m RT1
p2 1 k 1 ( ) p1
第二章 第一定律 瞬变流动
2. 刚性容器等温放气过程 与绝热放气不同，此条件是 dT 0, T1 T2 Tsur 及 Q 0 。求 Q 和 m 。 因为 dV 0 ，dT 0 ,所以状态方程的微分式应为
第二章 第一定律 瞬变流动
下面分别讨论充气与放气： 一、充气 对刚性容器充气，控制容积不变，但对气缸充 气时体积要改变。而且，充气较快时，接近绝热充 气；如充气很慢，系统和外界随时保持热平衡，接 近等温充气。所以分析计算要求随充气的具体情况 而定。
第二章 第一定律 瞬变流动
1、刚性容器绝热充气 已知：充气前的压力 p1和温度 T1 ，高压管线 的 p0 和 T0 ，终了压力 p2。求充气终温 T2及充气量 m 取系统:取储气罐为开口系
热力学温度
英文名称
thermodynamic temperature
介绍
国际单位制（SI）的7个基本量之一，热力学温标的标度，符号为T。根据热力学原理得出，测量热力学温度，采用国际实用温标。
热力学温度旧称绝对温度（absolute temperature）。
单位是“开尔文”，英文是“Kelvin”简称“开”，国际代号“K”,但不加“°”来表示温度。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名 的。
在表示温度差和温度间隔时，用K和用℃的值相同。所以很多人经常会写1K=1℃ ，这是绝对错误的示范！
工程热力学中提到的绝对温度，都是绝对温度零度以上的正绝对温度。但是，在20世纪50年代以后，在核磁共振和激光效应的研究，发现核自旋系统和激光系统中，粒子只具有基态和激发态两种能量形态。在正绝对温度条件下，基态的粒子数多于激发态的粒子数。但是，在核自旋系统和激光系统中则相反，激发态的粒子数却超过了基态的粒子数。根据玻尔兹曼的粒子分布函数表示式，如果激发态粒子（原子或分子）数大于基态的粒子数，则绝对温度应该为负值，即能够出现负的绝对温度。
这是由于根据玻尔兹曼的粒子分布函数表达式，当绝对温度高于无穷大时，才能实现激发态粒子数超过基态的粒子数，才能出现负绝对温度。也就是说，负绝对温度系统的能量大于无穷大绝对温度的能量，导致负绝对温度实际上高于正绝对温度。
经典热力学中的温度没有最高温度的概念，只有理论最低温度“绝对零度”。热力学第三定律指出，“绝对零度”是无法通过有限次步骤达到的。在统计热力学中，温度被赋予了新的物理概念——描述体系内能随体系混乱度（即熵）变化率的强度性质热力学量。由此开创了“热力学负温度区”的全新理论领域。通常我们生存的环境和研究的体系都是拥有无限量子态的体系，在这类体系中，内能总是随混乱度的增加而增加，因而是不存在负热力学温度的。而少数拥有有限量子态的体系，如激光发生晶体，当持续提高体系内能，直到体系混乱度已经不随内能变化而变化的时候，就达到了无穷大温度，此时再进一步提高体系内能，即达到所谓“粒子布居反转”的状态下，内能是随混乱度的减少而增加的，因而此时的热力学温度为负值！但是这里的负温度和正温度之间不存在经典的代数关系，负温度反而是比正温度更高的一个温度！经过量子统计力学扩充的温标概念为：无限量子态体系：正绝对零度<正温度<正无穷大温度，有限量子态体系：正绝对零度<正温度<正无穷大温度=负无穷大温度<负温度<负绝对零度。正、负绝对零度分别是有限量子态体系热力学温度的下限和上限，均不可通过有限次步骤达到。
2_高等工程热力学2014秋 [兼容模式]
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第一章热力学基础定律(1)温度及热力学第零定律Temperature & the zeroth law of thermodynamics机械与储运工程学院刘强C 物体A B 一定热平衡物体物体热力学第零定律：当两个系统(A ，B)各自与第三(C)处于热平衡时，则这两个系统彼此也处个系统()处于热平衡时，则两个系统彼处于热平衡。
3温度的热力学定义：处于同热平衡状态的各个热处于同一热平衡状态的各个热力系统，必定有某一宏观特征彼此相同，用于描述此宏观特征的物理量为温度。
宏观特征的物理量为温度热力学第零定律为温度测量提供了科学基础：即被测物体与温度计处于热平衡时，就可以从温度计的读数确定被测物体的温度值。
4温度的测量温度计的工作原理：当一个物体的温度改变时，物体的其它性质也随之改变，可根据这些性质中也随之改变可根据这些性质中的某些参数测量物体的温度，指明温度的数值。
温度计的分类：气体温度计、膨胀式温度计、电阻温度计热电偶和光学温度计等阻温度计、热电偶和光学温度计等。
5温度计测温参数测温范围/℃气体温度计压力或体积-270-1100膨胀式温度计体积-200~750(液)接触式测温-30~600(固)电阻温度计电阻-200~800热电偶热电动势-200~1300非接触式测温光学温度计辐射强度-50-2000一等标准铂电阻温度计其精度可达000160.001℃工程中一般采用热电偶测温，如：电厂过热器、再热器的壁温测量理想气体温标气体压力p→0时，呈现理想气体特性，利用理想气体定压下体积随温度变化的特性或定容下压力随温度变化的特性，作为度量温度变化的标准，这种温标称为理想气体温标。
(利用理想气体性质与热力学温度的关系) 热力学温标等价的基准方法，仍是经验温标。
仍是理想气体温度计是测量温度的标准仪器。
理想气体温度计有定容式(应用更广)和定压式。
9理想气体温标23′′′气体的维里方程为：T(1)pV RT B p C D p p =++++"所有气体当→0pV 气体Ap 时，p 性质都趋于相同的特性。
高等工程热力学 第一讲-温标 功、热、熵的微观释疑PPT课件
第3节 熵的微观物理意义
如果把粒子看成是可以分辨的，在某 一时刻。所有粒子在所有许可能级上的 分布情况，称为一个微态。
微态：系统中各粒子具有确定能值的 状态。
宏态：指各个能级上具有确定粒子数 的状态。
第3节 熵的微观物理意义
对于系统宏观上具有确定粒子数的状态， 在微观上可能出现许多宏态，而每一宏态又有 许可能的微态。各个粒子的行为是独立随机事 件。所以在任一时刻。所有微态的可能性是一 样的，每一宏态的概率为
nx , ny , nz 1,2,3
1mol粒子的最小平动能量的数量级大约是
1018 J / mol
其值非常小。能级间距也非常小。
第2节 能量的量子理论
转动
rj
j( j 1)h2
8 2 I
j=0、1、2……
粒子的最小转动能量可以为零。能级间距 的数量级大约是
5 ~ 500J / mol
第2节 能量的量子理论
p
ir
2iz )Rm
第4 节 气体比热的微观解释
第4 节 气体比热的微观解释
第4 节 气体比热的微观解释
双原子分子在低温时只有平动，常温时开始转 动，高温时才有振动这种现象是经典物理学无法解 释的，量子理论却能给出令人满意的解答。
由于转动和振动的能级间距很大，当气体的温 度较低时，这两种能量模式都未被激发；在常温时 转动模式被激发，而振动仍未激发；只有在高温时， 三种能量模式才都被激发。所以，双原子气体出现 图中的比热随温度变化的特征。
2.三相点比冰点高0.01℃，即273.15＋0.01＝ 273.16。
高等工程热力学
第二讲 功、热、熵的微观释疑
能 量 的 量 子 化 特 征
第1 节 能量的量子化特征
2.热力学温标
第八章热力学定律参考资料1．热力学定律热力学第零定律关于热平衡的一个定律。
两个热力学系统如果分别与第三个系统处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡，由此可推断，互为热平衡的所有系统具有一个取同样数值的状态参数，此参数被定义为“温度”。
逻辑上该定律应优先于热力学第一定律和热力学第二定律，且事实上也已作为假设而包含在这两个定律之中，故名。
热力学第一定律热力学的基本定律之一，是能量守恒定律在热力学问题中的表现形式，可表述为：外界传递给一个物质系统的热量与外界对系统所做的功之和等于系统内能的增量，也可表述为：第一类永动机是不可能制造的。
热力学第二定律热力学的基本定律之一，是关于实际宏观过程进行的方向和条件的定律，有不同的表达方式：（1）不可能使热量自发地从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；（2）任何热力循环发动机不可能将所接受的热量全部转变为机械功（即不可能制造第二类永动机）；（3）孤立系统内实际发生的过程总是使系统的熵增大（这一表述方式亦称“孤立系统熵增原理”）。
热力学第三定律热力学的基本定律之一，是关于绝对零度不可能达到的定律，又称“能斯特热定理”。
1906年德国物理化学家能斯特根据凝聚态物质在低温下化学反应的性质所得出的热定理。
可表述为：当温度趋于绝对零度时，系统的熵是一个常数，普朗克于1911年进一步假定这一常数为零，因此上述结论又可表述为：绝对零度时，任何凝聚态物质的熵等于零。
上述结论还可等价地表述为：不可能利用有限步骤使物质系统的温度达到绝对零度；或绝对零度不可能达到。
习惯上将最后一种说法称为“热力学第三定律”。
2．热力学温标热力学温标也称为绝对温标或开尔文温标，这是建立在热力学第二定律基础上的最科学的温标，是由开尔文首先引入的。
根据卡诺循环的性质，在两个一定温度θ1和θ2之间工作的可逆热机与两个热源交换的热量Q1，Q2的比值为Q1Q2＝f（θ1）f（θ2）这里的f（θ）是一个普适函数，它的形式与温标θ的选择有关，如果我们选择温标T ＝f（θ）就有Q1Q2＝T1 T2这样定义的温标，就是热力学温标，根据上述定义，两个热力学温度的比值等于在这两个温度之间工作的可逆热机与热源交换的热量的比值，用热力学温标定出的温度数值，与测温物质的性质无关，因而是最科学的温标。
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（5）
I.普里戈金 Ilya Prigogine (1917-2003) 比利时 热力学的耗散结构理论 1977年诺贝尔化学奖
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
热力学方面获诺贝尔奖的科学家（6）
K.G.威尔逊 Kenneth G. Wilson (1936-) 美国 临界重整化群理论 1982年诺贝尔物理奖
是一门研究热能有效利用及 热能和其它形式能量转换规律 的科学
建立节能的理论基础
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
(1) 中国能源资源缺乏 (2) 中国能源利用效率低下 (3) 能源环境问题突出
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
热力学的分类
工程热力学：热能与机械能 热 物理热力学 力 化学热力学 学
汽车发动机与传ห้องสมุดไป่ตู้（内燃机）
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
内燃机装置基本特点
1、热源，冷源 2、工质（燃气） 3、膨胀做功 4、循环
(加压、加热、 膨胀做功、放热)
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
涡轮风扇发动机（航空发动机）
燃烧室 高压透平
压气机
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
热力系统
Thermodynamic system
1、系统的定义
热力系统(热力系、系统)：人为地
system
研究对象
A quantity of matter or a region in space chosen for study
热力学基本概念1-状态参数、热力学温标
热力系统
2、系统、外界与边界 外界：系统以外的所有物质 surroundings 边界(界面)：系统与外界的分界面 boundary
热力学温标·教案
热力学温标·教案一、教学目标1．在物理知识方面的要求：（1）能正确理解热力学温标和热力学温度这两个基本概念，能熟练地进行摄氏温度和热力学温度间的单位换算，知道热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一。
（2）知道什么是“绝对零度”，并初步了解它的物理意义。
（3）能正确运用热力学温度表述查理定律及其数学表达式，并能用这种表述形式解答一些简单的气体等容变化问题。
2．通过让学生根据阅读提纲自读和思考书本内容，培养学生的自学能力和逻辑推理思维能力。
二、重点、难点分析1．重点是使学生能正确理解热力学温度和掌握热力学温度与摄氏温度间的单位换算关系。
因为热力学温度是重要的国际单位制中七个基本物理量之一，同时下节课将学习的“理想气体状态方程”也必须用热力学温度来表述。
摄氏温度与热力学温度间的换算是今后运用气体状态方程和三定律解题时的重要技能之一。
2．难点是对热力学温标的理解。
这是因为在高中阶段无法从本质上（即从热力学第二定律出发）来讲述的概念，因此很难让学生理解到它是最科学的温标。
另外“绝对零度”也是一个十分抽象的概念，学生对它的理解也有一定难度。
三、教具投影幻灯，书写用投影片。
四、主要教学过程（一）引入新课在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位，叫“摄氏度”。
大家都知道：它是以冰水混合物的温度为0度，以一个大气压下沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位，叫“摄氏度”。
这种以冰水混合物的温度为零度的温标叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。
今天我们将要学习一种新的温标，叫热力学温标。
（二）教学过程设计1．通过自读、思考和讨论使学生正确理解热力学温标和热力学温度，理解用热力学温度表述的查理定律。
首先让学生翻开书，看“热力学温标”这一节，根据下面投影片Ⅰ所示的阅读思考提纲进行自读和思考。
投影片Ⅰ：阅读思考提纲（1）什么是热力学温标？什么是热力学温度？二者有何联系？二者有何区别？（2）热力学温度与摄氏温度有什么相同之处？有什么不同之处？它们之间如何进行换算？（3）如何理解“绝对零度”？（4）如何用热力学温度来表述查理定律？它的相应数学表达式是怎样的？在学生自读书本内容后，通过思考和在老师的引导下进行讨论，使学生理解并熟记以下结论：（1）以-273.15℃（在高中阶段可简单粗略地记成-273℃）作为零度的温标叫热力学温标，也叫绝对温标，它是开尔文最早提出的，因此也叫开尔文（或开氏）温标。
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,
t3
)
Q1 Q3
= ψ (t1,t3 )
Q2 T2
C
WC
Q1 = Q1 Q2 Q3 Q2 Q3
ψ (t1, t3 ) = ψ (t1, t2 ) ×ψ (t2 , t3 )
Q2
WB B Q3
Q3
因此有：ψ (t1,t2 ) =
f (t1 ) f (t2 )
ψ (t2 , t3 ) =
f (t2 ) f (t3 )
国际温标的发展
1976年0.5 K到30 K的暂行温标(EPT-76)
z 明显减小了原有定义中30 K以下温度的偏差； z 填补了5.2 K到13.8 K之间的空隙； z 设计了11个参考点和一个热力学内插仪器； z 但由于缺乏内部一致性，各复现之间可能出现
细微的含糊。
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温度与热力学第零定律
1990年国际温标(ITS-90)
z 调整了多个固定点的取值和内插公式； z 定义了0.65 K以上全部温度范围，全量程均非常接近
于热力学温度的最佳估计值，但远比直接测量热力学 温度方便得多。
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温度与热力学第零定律
1990年国际温标(ITS-90)
主要特点：
z 规定了多个固定点温度； z 0.65到5.0K的蒸气压测量 ； z 从3.0到24.5561K用氦气定容温度计测量 ； z 13.8033到1234.93K用按照技术规范在表中的固
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温度和热力学第零定律
温度与热力学第零定律
温度的定义
人们的经验：温度是表征物体冷热程度的 物理量
z 同样温度，不同人感觉不同； z 冬天相同温度下，铁比木头凉，人的感觉还和
导热系数等因素有关；
微观意义：物质微观热运动的宏观体现， 与分子平均动能成正比
z 难以确定分子平均速度；
2
温度与热力学第零定律
温度与热力学第零定律
温标
给温度赋予数值，须科学地建立规则，把 不同温度指定为不同数值，即温标。 华氏温标 ：盐水混合物冰点为零度，人体 温度为96度，水冰点与蒸气点分别为32和 212度，按水银温度计的长度等分； 摄氏温标：1个标准大气压下水的冰点和蒸 气点之间的温度等分为100度，以冰点作为 零点。
全部确定了。 1854年，开尔
水三相点
273.16
0.01
文提议将水的 三相点温度定
冰点 273.15
0.00
32.02 32.00
义为273.16 K， 1954年第十届 国际计量大会
正式采纳。 绝对零度 0
-273.15 -459.67
t( o C) = T − 273.158
t( o F) = 32 + 9 t( o C) 5
热力学第零定律
热力学第零定律：如果系统B和C分别与系 统A处于热平衡，则它们也彼此处于热平 衡。 温度的热力学定义：决定一个系统是否与 其它系统处于热平衡的宏观性质。处于热 平衡的各系统温度相同。 温度测量的依据，被测物体与温度计处于 热平衡，可以从温度计的读数确定被测物 体的温度。
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温度与热力学第零定律
z 1887年，Chappuis在国际计量局(BIPM)设计了第一个 国际“标准温标”(Echelle Normale)，以定容式氢气 体温度计为标准，用水银温度计传递；
z 第一个国际温标：1927年国际温标； z 国际温标的发展历史就是人们不断探索、不断逼近热
力学温标这个终极目标的过程。
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温度与热力学第零定律
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温度与热力学第零定律
国际温标的发展
1948年国际温标(ITS-48)
z 第九届国际计量大会采纳； z 铂电阻温度计下限由-190℃调整为氧沸点(-182.97℃)，
与热电偶衔接温度变为锑凝固点(约630 ℃)； z 银凝固点定义为960.8℃ (原为960.5℃)，金凝固点代替
金熔点(1063℃)； z 普朗克辐射定律代替维恩定律。
温度测量和温度计
温度计测温原 理：当物体的 温度改变时， 其它性质也将 随之变化，可 根据这些性质 中的某些参数 测量物体的温 度，指明温度 的数值。
温度计 气体温度计 液体温度计 电阻温度计 热电偶 磁温度计 光学温度计
测温属性 压力或体积 体积 电阻 热电动势 磁化率 辐射强度
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1948年国际温标(1960年修订版)(ITPS-48)
z 水三相点(0.01℃)代替冰融点作为该温区分度点(1854 年开尔文提议水三相点作为热力学温度的基准，100年 后第十届国际计量大会采纳，1960年开始应用)；
z 锌凝固点(419.505 ℃)代替硫沸点(444.6 ℃)； z 铂电阻温度计和热电偶内插公式再次修改。
度
地球上的最低气温（南极） 185 K(-88°C)
月球背阴面
90 K(-183 °C)
He的正常沸点
4.2 K
星际空间
2.7 K
核自旋冷却法 激光冷却法(朱棣文)
2×10-10 K
2.4×10-11 K
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需要有一种简单、容易再现，便于使用的 二级标准温度计 。
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温度与热力学第零定律
热力学温度与国际温标
热力学温度：根据热力学第二定律定义，是唯一 能够统一而又明确地描述热力学性质和现象的温 度，与任何特定物质的性质无关，国际公认的最 基本的温度；
问题：我们无法直接将实际系统的可测性质与热 力学温度相联系写出一个完善的表达式，我们只 能用实际系统来逼近理想行为。
基准温度计(Primary thermometer)
pV = nRT
Lλ
=
2hC 2 n2λ5
⋅
1 exp[hc / knλT ] −1
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温度与热力学第零定律
热力学温度与国际温标
用绝对测量仪器实现热力学温度，从理论到实践 都很复杂性，测量复现性有限； 次级温度计(实用温度计)：较简单的经验公式、 实验数据拟合； 依赖实用温度计的实用温标：国际温标
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国际温标的发展 温度与热力学第零定律
1968年国际实用温标(IPTS-68)
z 第十三届国际计量大会授权国际计量委员会1968年公 布，变化较大，更接近热力学温度；
z 温度下限延伸至13.81 K； z 引入6个新定义的固定点，即平衡氢三相点(13.81 K)，
平衡氢中间点，平衡氢沸点，氖沸点，氧三相点，锡 凝固点(替代水沸点)；取消硫沸点； z 调整4个固定点的值：氧沸点，锌凝固点，银凝固点 (961.93 ℃)，金凝固点(1064.43 ℃)；
z 铂电阻内插公式更加复杂精确，调整普朗克第二辐射 常数的值；
1968年国际实用温标(1975年修订版)(IPTS-68)
z 叙述更加明了，使用简便，无数值重要变化；
z 氧沸点被定义为氧冷凝点；
z 氩三相点(83.798 K)可作为氧冷凝点的另一选择点； z 采用氖自然同位素成分1的7 新值。
温度与热力学第零定律
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温度与热力学第零定律
理想气体温标
利用某些气体在低压下压力或容积随温度 的变化是确定温标的最佳选择；
理想气体温标其定义与热力学温标一致， 是其一级近似，不过是一种经验温标；
定容式温度计的测量原理：
T
=
p ptr
Ttr
T ( p) = 273.16 lim p (K) p ptr →0
tr
R
T = 273.16 p Ztr ptr Z
温度与热力学第零定律
气体温度计的缺陷
气体温度计是一种一级标准仪器 ； 主要缺点：
z 原理简单，但温度特别低，气体会冷凝，将偏 离理想气体的性质；
z 在高温下会离解； z 容积随温度的升降会张缩，不易准确测定； z 不适于实验室或工业过程中的实际温度测量。
T3
对于可逆循环成立： QL = f (tL )
工作在三个恒温热源
QH f (tH )
之间的卡诺循环
如果取f(t)=T则： QL = TL
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QH TH
温度与热力学第零定律
热力学温标与其它温标
K
°C
°F
热力学温标： 水沸点 只需定义一个
373.1243
99.9743
211.95
温度的量值，
其它温度值就
Ar
氩三相点
83.8058 0.215 859 75
Hg
汞三点
234.3156 0.844 142 11
H2O 水三相点
Ga
镓熔点
273.16 1.000 000 00 302.9146 1.118 138 89
In
铟凝固点
429.7485 1.609 801 85
Sn
锡凝固点
505.078 1.892 797 68
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温度与热力学第零定律
一等标准铂电阻温度计
一等标准铂电阻温度计(昆明大方仪表厂) 不确定度±0.001 K
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温度与热力学第零定律
水的三相点瓶装置
水三相点再现不确定度 小于0.1 mK
M H = 1.007 975 97 g ⋅ mol-1 1H=0.999 85 2 H=0.000 15
M O = 15.999 304 7 g ⋅ mol-1 16 O=0.997 62 17 O=0.000 38 18O=0.002 00
定点标定的标准铂电阻温度计测量 ； z 高于1234.93K通过测量可见光谱的辐射强度，
根据Planck黑体辐射定律计算
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