热学教案(第一章)

2010级物理学专业
第1章
导论
1.2.2 平衡态与非平衡态 1.平衡态：在不受外界条件影响下，经过足够 长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时 间变化的状态。 2.注意： (1)不受外界条件影响是一个必备的条件。 (2)处于平衡态的系统，从微观的角度来讲， 还是存在随时间的变化。
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第1章
导论
4.本书内容 (1)热力学基础 (2)统计物理学的初步知识 (3)液体、固体、相变等物性学方面的基本知 识
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第1章
导论
1.2 热力学系统的平衡态 1.2.1 热力学系统 1.热力学参量：与系统内部状态有关的宏观物 理量，主要有压强、体积、温度，这也称之 为热力学坐标。
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第1章
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1.1.2 宏观描述方法与微观描述方法 热力学：研究热现象宏观规律的科学。 1.热力学系统 (1)热力学系统:在热学中，被确定为研究对象 的物体或物体系（由大量微观粒子组成）
(2)外界：在系统边界外部与系统发生相互作 用，从而对系统的状态直接产生影响的物质。
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(2)满足力学平衡条件：系统内部各部分之间、 系统与外界之间应达到力学平衡，这一般反应 P P0 为压强处处相等。 (3)满足化学平衡条件：在无外场作用下系统 各部分的化学组成应处处相同。 0 2.涨落：在平衡状态下，出现局部不平衡的现 象。 3.注意：
(1)热力学：根据由观察和实验所总结出的宏 观热现象所遵循的基本定律，用严密的逻辑 推理方法研究系统的热学性质。属于宏观描 述理论。
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第1章
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(2)统计物理学：从组成物质的分子、原子的 运动和他们之间的相互作用出发，依据各个粒 子所遵循的力学规律，用统计的方法阐明系统 的热力学性质，认为宏观量是微观量的统计平 均。属于微观描述理论。
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热学学习内容 第1章 导论
第二章 分子动理论的平衡态理论 §2.1 分子动理学与统计物理学; §2.2 概率论的基本知识 §2.3 麦克斯韦速率分布 §2.4 麦克斯韦速度分布 §2.5 气体分子碰壁数及其应用 §2.6 外力场中自由粒子分布 玻尔兹曼分布 §2.7 能量均分定理
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热学学习内容 第1章 导论
第三章 输运现象宏观规律与分子动理论的非平衡态理论 §3.1 黏性现象的宏观规律 §3.2 扩散现象的宏观规律 ---菲克定律 §3.3 输运现象宏观规律 §3.5 对流传热 §3.6 气体分子平均自由程 §3.7 气体分子碰撞的概率分布 §3.8 气体输运系数的导出 §3.9 稀薄气体输运过程
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第1章
热力学的局限性：
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A只适用于粒子数很多的宏观系统； B主要研究物质在平衡态下的性质，不能解 答系统如何从非平衡态进入平衡态的过程； C把物质作为连续体，不考虑物质的微观结 构。
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第1章
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(5)微观描述：用微观量描述系统状态的方法。 对应于统计物理学 3.热学的宏观理论和微观理论
§5.3 熵与熵增加原理
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热学学习内容 第1章 导论
第六章 液态 §6.1固体 §6.2液体 §6.3液体的表面现象 第七章 相变（不讲） §7.1 气液相变 §7.2 固——液、固——气相变, 相图
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第1章
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1.1 宏观描述方法与微观描述方法 1.1.1 热学的研究对象及其特点 经典物理的四大支柱： 力学、热学、电磁学、光学 研究对象：由大量微观粒子组成的系统。 研究对象的特点：系统的宏观性质是相应微 观量的统计平均值。
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第1章
导论
描述方法：宏观描述、微观描述。 1.热现象：一切与温度有关的物理现象的统称 。
例：膨胀、水和冰的转化、钢的硬度变 化、导体变热电阻增大、传导、对流、辐射等。
2.热运动：宏观物质以热现象为主要标志的运 动形态。
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第1章
导论
3.热运动与其它运动形式之间的联系： 主要表现在形态之间的相互转化。 4.热学研究内容 物质的热运动以及热运动与其它运动形 态之间的转化规律的科学。
第1章
导论
3.非平衡态：状态随时间变化。 4.平衡态和非平衡态的判断依据：是否存在热 流和粒子流。因为存在热流和粒子流意味着系 统的状态变化或系统受到外界的影响。 1.2.3 热力学平衡 1.热力学系统平衡条件 (1)满足热学平衡条件：系统内部的温度处处 相等。 T T0
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第1章
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热学研究内容及应用 第1章 导论
1.热学研究内容 热学是研究与热有关的物理现象的科学 2.典型实例 实例1，热机 实例2，真空发动机
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热学学习内容 第1章 导论
第一章 导论 §1.1 宏观描述方法与微观描述方法 §1.2 热力学系统平衡态 §1.3 温度与温度计 §1.4 物态方程 §1.5 物质的微观模型 §1.6 理想气体微观描述的初级理论 §1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程
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热学学习内容 第1章 导论
第四章 热力学第一定律 §4.1 可逆与不可逆过程 §4.2 功和热量 §4.3 热力学第一定律 §4.4 热容与焓 §4.5 第一定律对气体的应用 §4.6 热机
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热学学习内容 第1章 导论
第五章 热力学第二定律与熵 §5.1第二定律的表述及其实质 §5.2 卡诺定理
第1章
导论
(3)孤立系统：与外界不发生物质或能量交换 的系统。 (4)封闭系统：不与外界发生物质交换的系统。 (5)开放系统：与外界既有物质交换，又有能 量交换的系统。 2.热力学系统的宏观描述与微观描述 (1)热现象的分类
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第1章
导论
宏观现象：有大量微观粒子组成的系统在总体 上所表现出来的现象（膨胀、相变） 微观现象：指原子、分子等微观粒子所发生的 现象（分子无规则运动、碰撞等） (2)宏观量：描述系统宏观性质的物理量。 (3)微观量：描述粒子微观性质的物理量。 (4)宏观描述：用宏观量描述系统状态的方法。 对应于热力学