热学第一章 温度

第一章温度§1.1 平衡态状态参量

§1.2 温度

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§1.3 理想气体的状态方程

§1.1 平衡态状态参量

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z系统与外界

1.热力学系统（简称系统）：

不考虑物体内部的微观结构而把宏观物体看作有明确边界的连续介质系统，称为热力学系统。

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）：

系统边界以外所有对所研究的热力学系统发生

相互作用的其它物体。

热力学系统：在研究物理现象时，人们通常

只注意某物体或物体系，并想像地把它同周只注意某一物体或物体系，并想像地把它同周

围的物体隔离开来。在热学中，把这一确定为

研究对象的物体或物体系叫做热力学系统。简研究对象的物体或物体系叫做热力学系统简称系统。

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叫用从而对系统的状态直接产生影响的物质叫做系统的外界。

根据对系统与外界相互关系的不同，可对系统进行分类：

统进行分类

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。

开放系统封闭系统孤立系统

外界有能

和和外界有能和外界无

量物质交换:量交换,无能量物质

水壶加热物质交换：

交换

气缸加热

z热力学平衡态

系统状态：由物体的宏观性质所确定的系统宏观状态。热力学参量：和系统状态有关的宏观物理量，又称为热力学坐标，如P、V、T等。热力学参量之间

的相互依赖关系组成状态参量图。

系统的宏观状态决定于其状态参量。

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且有确定值，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。

热学研究一种特殊的宏观状态：平衡态

热学研究种特殊的宏观状态平衡态

平衡态：孤立系统最终达到的

所有宏观性质都不随

时间变化的状态。

平衡条件

（1）力学平衡（除为固定容器外，内外压强差为零）

（2）热平衡（除为绝热壁外，内外温差为零）

）热平衡（除为绝热壁外内外温差为零）（3）化学平衡（内部化学成分不变）

例一气体自由膨胀

平衡条件

（1）力学平衡

（2）热平衡

（3）化学平衡

非平衡态

(非力学平衡)

力学平衡条件

例二扩散现象

平衡条件

(1）力学平衡

氧气氮气(2）热平衡(3）化学平衡

氧气氮气非平衡态

化学平衡条件

在无外场作用下系统各部平衡态分的化学组成处处相同。

例三热传导

T 1

T 2

金属棒处于非平衡态: 有温度梯度平衡条件

热学平衡条件(1) 力学平衡

(2)系统内部的温度处处相等(2)

热平衡(3) 化学平衡我们把系统与外界存在能量与物质交换的情况下，物体各处宏观状态均不随时间变化的状态称为稳恒态，也称稳态或定（常）态。

平衡态与稳恒态的区别，稳恒态不随时

间变化，但由于有外界的影响，故在系统注意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。金属杆就是一个热力学系统。思考题1：金属杆是否根据平衡态的定义，虽然杆上各点的温度将不随时间而

杆处于平衡态？改变，但是杆与外界（冰、沸水）仍有能量的交换。一

个与外界不断地有能量交换

的热力学系统所处的状态金属杆的热力学系统所处的状态，显然不是平衡态而是稳定态。100 o c

热力学平衡的条件

•热学平衡条件：系统内部温度处处相等⇒无热流

•力学平衡条件：系统内部压强处处相等⇒无宏观定向粒子流。（并非不受外力作用，而是系统内部、系统与外界之间处于平衡，也并非所有微观粒子固定不动)与外界之间处于平衡也并非所有微观粒子固定不动•化学平衡条件：系统内部的化学组成处处相同⇒无化

学扩散=宏观粒子流动。

•相平衡条件：系统内部各相物质达到稳定。

只有在外界条件不变的情况下，系统同时满足上述条件才能处于平衡态。也只有处于平衡态的系统，才可件才能处于平衡态也只有处于平衡态的系统才可以用不含时间的宏观物理量（热力学参量）来描述它。

平衡态是一种理想情况，或称为近似情况。因为实际上绝对的孤立系统并不存在，也无法做到宏观性质随时间绝对不变。

平衡态下，虽然宏观性质不随时间改变，但微观上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。

相对是绝对的，而绝对是相对的

z状态参量——平衡态的描述

z状态参量:用来完全确定地描述系统平衡态的

相互独立的宏观物理量。

常用的状态参量有四类：

几何参量-几何性质（如：气体体积）

力学参量-力学性质（如：气体压强）

化学参量-化学成分（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数等）

电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化和磁

化强度等）

注意：如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或PV 系统）。

→状态参量确定系统状态确定宏观性质确定→态函数：系统状态参量的函数，只对应系统的状态，与变化的过程无关