大学物理热学引言

讨论题：如图所示，若两端同时提高10℃，水银柱如何运动？ 与两端的气体种类是否有关？如果一端是混合气体呢？
10 ℃ H2
20 ℃ H2
水银柱
理想气体状态方程 PV＝νRT 例题1，一截面积为1平方厘米的均匀U型管，其中存有水银， 如图所示。今将其左上端封闭，右上端连接一真空泵，抽空 右侧的空气后，左侧的水银柱将下降多少？（过程中温度保 持不变，大气压为750mmHg）
抽气 50cm
h 50cm
例题2，一氧气瓶的容积为32L，其中氧气的压强为130atm， 规定瓶内氧气的压强降到10atm就不能用了。现在每天需用 320L，1.0atm的氧气，问一瓶氧气能用多少天？ 例题3，试证明：如果忽略大气温度和空气摩尔质量随高度的 变化，氢气球的上升过程中虽然体积不断变大，但所受浮力 不变。 例题4，一抽气机转速为400转/分，每分钟能抽2.0×10-2 m3气 体，设容器体积为2.0×10-3 m3，问多长时间后可将容器的 压强从1.01×105Pa降到1.33×102Pa.
质的微观模型，在此模型基础上从理论上探 讨物质热运动所遵从的规律。把理论结果与 实验相比较，加以验证。 理论中的微观量不能直接感受并加以测量。
热学研究的特点
两种研究方法的出发点完全不同，但两者的联系却十分紧密。 宏观方法的状态参量 状态参量是系统相应微观量的统计平均值 统计平均值。 状态参量 统计平均值 宏观方法基于实验观测得到的结论具有相当的普遍性 普遍性，但不 宏观方法 普遍性 够深刻；微观方法 微观方法往往从特定模型出发讨论问题，得到的结 微观方法 论虽然深刻细致 深刻细致，但一般不具有普遍意义。 深刻细致 热学研究通常都是两种方法的结合 两种方法的结合，相辅相成。 两种方法的结合 热学独有的物理量： 热量 温度
热动说 培根的归纳法：火焰和沸水都是“热”的，水里却无火（热和 火不是一回事）。打铁、摩擦都生“热”，人和动物剧烈运 动也产生“热”。因此“热”是物体运动和摩擦碰撞时被激 起的，其实质就是运动 实质就是运动而不是别的什么。热胀冷缩现象表明， 实质就是运动 热是发生在物体内部的运动，与物体整体的机械运动没有关 系。
互为热平衡的系统之间存在一个数值相等的状态函 状态参量的函数），可定义为温度。 ），可定义为温度 数（状态参量的函数），可定义为温度。 可以在理论上进行推证： 假定A、B、C三个系统都是由质量一定，化学成分 单一的气体构成。这样的系统可以由两个独立参量， 压强P和体积V完全确定。若它们彼此间处于热平衡， 我们来推证温度函数的存在。
4，阿伏伽德罗定律 在相同温度和相同压强下，1摩尔的任何气体的体积都相等。 混合理想气体的状态方程 道尔顿分压定律：稀薄混合气体的总压强，等于各组分气体 的分压强之和。 混合气体的平均摩尔质量，等于总质量除以各组分的摩尔数 之和。 状态方程的形式和单一气体的相似，把摩尔质量换成平均摩 尔质量就可以了。
1，平衡态：孤立系统所有宏观性质不随时间变化的状态。 平衡条件：同时满足力学平衡、热平衡、化学平衡。 2，状态参量：表征系统宏观性质或状态的量。 包括：力学、电磁、化学、几何参量，最重要的是热学参量 －－温度。
§1－2 热力学第零定律和温度
热平衡：两个系统进行一段时间的热接触后，达到一个新的平 衡态。 两个系统具有了相同的冷热程度－－具有相同的温度 相同的温度。即 相同的温度 便将它们分开，物体的状态也维持不变。 我们可以通过两个物体的热平衡实验获得两个温度相等 温度相等的物 温度相等 体。 热力学第零定律：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个 热力学系统的同一热状态处于热平衡，则这两个热力学系统 彼此也必定处于热平衡。
§1－3 温标的建立 温度的数值表示法叫温标。 温度的数值表示法叫温标。
古人对温度的表述：寒、凉、温、热、炉火纯青等，描述不同 的冷热程度。 古代的测温装置：《吕氏春秋·察今》见瓶水之冰而知天下寒。 人凭感觉器官所感知的温度是不可靠且有局限性的，而且因人 而异。不能作为统一的标准。 要建立科学的温标体系。热力学第零定律提供了理论依据。 热力学第零定律的另一种表述方式：制造温度计是可能的。
根据系统和周围介质的关系 系统和周围介质的关系可以把系统分为 系统和周围介质的关系
绝热系：被绝热壁所包围，不能与周围介质发生热相互作用 热相互作用的 热相互作用 热力学系统。 封闭系：不能与周围介质发生物质交换 物质交换的热力学系统。 物质交换 孤立系：既不能与周围介质发生机械的相互作用 机械的相互作用，又不能与周 机械的相互作用 围介质发生热和物质交换 热和物质交换的热力学系统。 热和物质交换
§1－4 理想气体状态方程
气体状态改变的实验定律 1，玻意耳－马略特定律 一定量的气体，在温度不变的条件下，其体积与压强成反 比。PV＝常量（1662年玻意耳、1676年马略特） 2，盖 吕萨克定律 一定量的气体，在压强不变的条件下，所有气体的热膨胀 系数几乎相同。（1802年盖 吕萨克） 3，查理定律 在体积不变的条件下，一定量的气体，其压强随温度作线 性变化。（1787年查理、1802年盖 吕萨克）
现在还在使用的两种经验温标
1，华氏温标（G. D. Fahrenheit） 以水银为测温物质，规定水的冰点为32度，沸水为212度， 中间等分180份。 2，摄氏温标（A. Celsius） 以水银为测温物质，规定水的冰点为0度，沸水为100度， 中间等分100份。 两者之间的关系如下：
t
F
wk.baidu.com
9 = 32 + t C 5
科学认识的发展和一个人的成长过程一样都有不能绕过的 幼稚阶段。重要的是提出新思路，开拓出新方向， 幼稚阶段。重要的是提出新思路，开拓出新方向，为下一步 探索打基础。 探索打基础。
第一章
温 度
一切热现象都与系统的冷热程度－－温度有关， 一切热现象都与系统的冷热程度－－温度有关，给 －－温度有关 物体的冷热程度以科学的计量是热学的一个基本课 题。 §1－1 平衡态 状态参量
根据构成系统的组元 构成系统的组元可以把系统划分为 构成系统的组元
单元系：由一种 一种化学成分组成的系统。 一种 多元系：由一种以上 一种以上化学成分组成的系统。 一种以上
根据系统性质 系统性质可以把系统划分为 系统性质
单相系：系统的各个部分的性质完全一致 性质完全一致。 性质完全一致 如：纯水、氧气、纯铁等。 复相系：系统由若干个被界面隔开 被界面隔开的均匀部分组成。每个均匀 被界面隔开 的部分被称为一个相。 如：冰、水混合物
例题1，假定水银柱的长度X与温度t之间的关系为t = aX+b，并 规定水的冰点为0 ℃，水的汽点为100 ℃。已知冰点时水银 柱长4.0cm，汽点时水银柱长24.0cm。当水银柱长为8.4cm 时，温度是多少？
例题2，什么温度下华氏温标和摄氏温标给出相同的读数？
例题3，一铂电阻温度计，测温泡放在水温为273.16K的水中时， 电阻值为90.35欧姆，测温泡与某物体接触时，测得电阻为 96.28欧姆，求物体的温度。
例题5 按重量计，空气由76％氮气，23％氧气，约1％氩气组 成（其余成分占比太小，可以忽略）。试计算：空气的平均 摩尔质量和标准状态下的密度。
例题6 把1.0×105 Pa、0.5m3的氮气压入一容积为0.2m3的容 器中。容器中原已充满同温、同压的氧气，若保持容器中的 温度不变，求混合气体的压强和两种气体的分压。
热学研究的方法
系统确定以后，定义一些参量，用以描述系统所处状态及其 随时间的变化。 宏观方法：定义少数几个可以直接感受和
测量的物理量：压强、体积、温度、浓度等 描述系统所处的状态。 研究参量之间的制约关系及所遵从的热学规 律（热力学第零、一、二、三定律）。
两种方法
微观方法：基于物质的原子学说，假设物
什么是热？ 古人2篇关于“热”的“研究论文” 【关尹子】 曰寒暑温凉之变，如瓦石之类，置之火则热，置之水则寒， 呵之即温，吹之即凉。特因外物有来有去，而彼瓦石实无去 来。 热质说” 古代的 “热质说” 【论衡•寒温】 夫近水则寒，近火则温，远则渐微，何则？气之所加，远 近有差也。 热传导与距离成反比
一，经验温标 处于不同热平衡态的物体，其属性会有所变化。所以可以利 用物质的某种随冷热程度不同而有明显变化的属性 有明显变化的属性（易于观 有明显变化的属性 测，误差小）来表征温度的不同。
1，选择测温物质和测温方式 建立的要素 2，规定测温属性随温度的变化关系 3，选定标准温度点并规定其数值
1，只要物质的某种可测量的物理性质随温度的改变而单调变 化（变化尽可能显著些），就可以选来标识温度的变化。 如：气体、液体的体积；金属电阻率；热电偶的电动势等随温 度的变化比较明显，都可以用来测量温度。 2，规定测温物质属性随温度的变化关系 一般规定为正比关系。当然，规定成其它关系也行。 3，选定标准温度点并规定其数值 国际上规定水的三相点为标准温度点，其数值为273.16K （水的冰点为273.15K） 一般而言，采用不同物质的同种参量制造的温度计，在 测量同一平衡态的温度时，除了标准温度点的读数相同，其 它情况下的读数会有所差别。
热 学
主讲人 姜宏伟
引言
热学的研究对象及内容
物质热运动 性质 热运动的性质 热现象有关的运动规律 热运动 性质以及与热现象 热现象 运动规律
几个概念
热力学系统：把空间或物体的某一部分从周围事物中分隔出来 加以研究，这部分在热学中被称为系统 系统。 系统 介质：热力学系统周围能够对系统产生影响的事物。
三，热力学温标和国际温标 热力学温标的建立不依赖任何物质的任何属性，是开尔文 在热力学第二定律的基础上引入的。是一种理论温标，无法 具体实现。理想气体温标在其适用范围内和热力学温标完全 一致。 国际温标是为了统一各国的温度计量而制定的协议性温标。 现在国际上采用的是1990年国际温标（ITS－90）。 年国际温标（ 年国际温标 － ）。 规定以热力学温标为基本温标，单位为开尔文（K）。规 定了一系列可以复现的固定温度点，同时规定了各固定点之 间分度的内插公式。
二，理想气体温标 在压强极低的极限情况下，气体温标只取决于气体的共同 性质（气态），而与特定气体的特定性质无关，在这种条件下 建立的温标。 定体
P T = 273.16 K lim Ptr
定压
V T = 273.16 K lim Vtr
理想气体温标的涵盖范围很广，但不能覆盖全部温区。它依 然依赖于气体的共性－－气态，对极低和高温都不合适。