4-1热力学平衡的基本概念
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从物质的微观结构出发，用统计平均的方法，研究 热现象及规律的微观本质。 3.宏观方法和微观方法的关系 相辅相成、互相补充。
太原理工大学物理系
第四章 气体动理论
§4-1 热力学平衡的基本概念 一 热力学系统的平衡 1.系统
由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。
玻耳兹曼常数
太原理工大学物理系
理想气体状态方程: pV M RT RT
M mol
T不变 玻意耳-马略特定律
PV=constant
理想气体的 实验定律
p不变
盖—吕萨克定律
V/T=constant
V不变
查理定律
P/T=constant
太原理工大学物理系
孤立系：与外界没有任何相互作用的热力学体系。 封闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统。 开放系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
太原理工大学物理系
2 平衡态(理想模型) 热学平衡条件——T 相等；
条件： 力学平衡条件——P 相等； 化学平衡条件——粒子数相等。
定义： 在不受外界影响的条件下，即对一个孤立系，经过 足够长的时间后，系统必将达到一个宏观性质不随 时间变化的状态，这种状态称为平衡态。
p-V 图上的一个点就代表 p 了系统的一个状态。当系统处 于非平衡态时不能用状态图上 的点来表示。
( p,V )
V
太原理工大学物理系
三、状态方程 1 状态方程的概念
一般地，一个热力学系统达到平衡态时，其状 态参量之间满足的函数关系称为该热力学系统的 状态方程. 2 理想气体的状态方程 温度较高、压强较小、密度较小的气体—理想气体
太原理工大学物理系
一定量的理想气体，在平衡状态下，状态参量p、 V、T的关系可以由三条实验定律导出
pV C(恒量) T
1mol的理想气体在标准状态下，所占的体积为 22.4升，M质量的气体在标准状态下占体积
V0
M M mol
22.4升
太原理工大学物理系
质量为M的气体，在标准状态下的状态参量
p0 1atm 1.01325105 Pa
特点：动态平衡
太原理工大学物理系
二 态参量和态函数 1.热运动描述 微观量：描述组成它的微观粒子的运动状态的物理量。 宏观量：从整体描述系统的宏观性质的量。 两者关系：宏观量是微观量的统计平均值。
在平衡态下宏观量的数值仍会发生与确定值的微小 偏差,这种现象称为涨落现象，分子数越多，涨落 就越小。
太原理工大学物理系
气体质量 M Nm
气体的摩尔质量 M mol N Am
由理想气体状态方程 pV M RT M mol
p N R T V NA
p nkT
太原理工大学物理系
理想气体状态方程的两种形式
pV M RT M mol
R 8.31J/K.mol
p nkT
n N 分子数密度 V
k R NA
1.381023J/K
T0 273 .15K
V0
M M mol
22.4 10 3 m3
C p0V0 8.31 M R M
T0
M mol
M mol
pV M RT M mol
R 8.31 J/K.mol
普适气体恒量
太原理工大学物理系
理想气体状态方程得另一种常用形式： 设M质量的气体包含 N个分子，每个分子质量 m
2 态参量和态函数 态参量：可以独立改变的,并足以确定热力学系统 平衡态的一组宏观量。 态函数：以态参量为自变量，由平衡态确定的其 他宏观量。
体积V 气体分子无规则热运动能达到的空间称为气体的体 积.容器中的气体的体积就是容积. 在SI中,单位是立方米. 1l=10-3m3
太原理工大学物理系
压强p 大量气体分子与器壁碰撞,器壁单位面积所受的正
第二篇 热学
一、热学研究对象及内容 1.对象 由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。 对象的特征：大量无规运动的粒子组成。 2.内容 研究物质热运动及其相关规律。
太原理工大学物理系
二、热学的研究方法 1.宏观描述方法---热力学方法 以实验事实为基础，从能量的观点研究热现象的宏 观特性和规律。 2.微观描述方法---统计物理方法
压力. 在SI中,单位:帕斯卡(pa) 1pa=1N·m-2
1 atm = 1.013105pa = 760mmHg
温度T 表征气体热运动剧烈程度的物理量. 温度的数值表示叫温标.
摄氏温标与热力学温量系统)
( p,V ) ( p,T ) (V ,T )
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第四章 气体动理论
§4-1 热力学平衡的基本概念 一 热力学系统的平衡 1.系统
由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。
玻耳兹曼常数
太原理工大学物理系
理想气体状态方程: pV M RT RT
M mol
T不变 玻意耳-马略特定律
PV=constant
理想气体的 实验定律
p不变
盖—吕萨克定律
V/T=constant
V不变
查理定律
P/T=constant
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孤立系：与外界没有任何相互作用的热力学体系。 封闭系：与外界有能量交换但没有物质交换的系统。 开放系：与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
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2 平衡态(理想模型) 热学平衡条件——T 相等；
条件： 力学平衡条件——P 相等； 化学平衡条件——粒子数相等。
定义： 在不受外界影响的条件下，即对一个孤立系，经过 足够长的时间后，系统必将达到一个宏观性质不随 时间变化的状态，这种状态称为平衡态。
p-V 图上的一个点就代表 p 了系统的一个状态。当系统处 于非平衡态时不能用状态图上 的点来表示。
( p,V )
V
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三、状态方程 1 状态方程的概念
一般地，一个热力学系统达到平衡态时，其状 态参量之间满足的函数关系称为该热力学系统的 状态方程. 2 理想气体的状态方程 温度较高、压强较小、密度较小的气体—理想气体
太原理工大学物理系
一定量的理想气体，在平衡状态下，状态参量p、 V、T的关系可以由三条实验定律导出
pV C(恒量) T
1mol的理想气体在标准状态下，所占的体积为 22.4升，M质量的气体在标准状态下占体积
V0
M M mol
22.4升
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质量为M的气体，在标准状态下的状态参量
p0 1atm 1.01325105 Pa
特点：动态平衡
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二 态参量和态函数 1.热运动描述 微观量：描述组成它的微观粒子的运动状态的物理量。 宏观量：从整体描述系统的宏观性质的量。 两者关系：宏观量是微观量的统计平均值。
在平衡态下宏观量的数值仍会发生与确定值的微小 偏差,这种现象称为涨落现象，分子数越多，涨落 就越小。
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气体质量 M Nm
气体的摩尔质量 M mol N Am
由理想气体状态方程 pV M RT M mol
p N R T V NA
p nkT
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理想气体状态方程的两种形式
pV M RT M mol
R 8.31J/K.mol
p nkT
n N 分子数密度 V
k R NA
1.381023J/K
T0 273 .15K
V0
M M mol
22.4 10 3 m3
C p0V0 8.31 M R M
T0
M mol
M mol
pV M RT M mol
R 8.31 J/K.mol
普适气体恒量
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理想气体状态方程得另一种常用形式： 设M质量的气体包含 N个分子，每个分子质量 m
2 态参量和态函数 态参量：可以独立改变的,并足以确定热力学系统 平衡态的一组宏观量。 态函数：以态参量为自变量，由平衡态确定的其 他宏观量。
体积V 气体分子无规则热运动能达到的空间称为气体的体 积.容器中的气体的体积就是容积. 在SI中,单位是立方米. 1l=10-3m3
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压强p 大量气体分子与器壁碰撞,器壁单位面积所受的正
第二篇 热学
一、热学研究对象及内容 1.对象 由大量分子或原子组成的宏观物体，称为热力 学系统。 热力学系统外的物体称外界。 对象的特征：大量无规运动的粒子组成。 2.内容 研究物质热运动及其相关规律。
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二、热学的研究方法 1.宏观描述方法---热力学方法 以实验事实为基础，从能量的观点研究热现象的宏 观特性和规律。 2.微观描述方法---统计物理方法
压力. 在SI中,单位:帕斯卡(pa) 1pa=1N·m-2
1 atm = 1.013105pa = 760mmHg
温度T 表征气体热运动剧烈程度的物理量. 温度的数值表示叫温标.
摄氏温标与热力学温量系统)
( p,V ) ( p,T ) (V ,T )