大学物理热学 ppt课件

实际上，历史上热学的建立和发展与这个问题有过密切关系： 如何将燃料通过燃烧化学反应放出的"热"更有效地转换为机械能? （即热能←→机械能之间的转换效率。热学因此与“能源”问题关系密切。）
平衡态(equilibrium state):
在无外界影响的条件下，系统所有可观察的宏 观性质不随时间改变的状态。
如果与原来相同，A=A’, B=B’, C=C’, 我们称原来的三个系统处于
互相平衡(互为平衡)的状态
多个热接触系统的总热平衡 。总热平衡。 热平衡态的传递性：第零定律。
问题：两个（或多个）平衡系统热接触后，是否还能保持原来(即接触前)的平衡状态？
C物体 （平衡态C）
A物体 （平衡态A）
（ 平 衡物 态体 ）
，且只能描述平均行为，无法描述涨落）
▲ 统计力学（statistical mechanics）（微观方法）
对微观结构提 统计方法 出模型、假设
热现象规律
特点：可揭示本质，描述涨落，但受模型 局限。
热力学系统的各种分类 按系统与外界交换特点分： 孤立系统：与外界既无能量又无物质交换的系统 封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统 开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换的系统 绝热系统：与外界没有热量交换的系统
微观粒子体系的基本特征:
(1) 非常小。 (2) 微观粒子数非常巨大. (3)粒子之间存在相互作用力--分子力. (4)分子或原子都以不同的速率不停地运动(是杂乱无 章的)。
热学的研究方法
▲ 热力学（thermodynamics）（宏观方法）
宏观基本实验规律 逻辑推理 热现象规律
特点：普遍性、可靠性。（但无法给出更本质的解释
B B’
B B
A物体 （平衡态A’）
（ 平Байду номын сангаас
C物体 （平衡态C’）
衡物
态体
热接触）
热平衡态的传递性：如果A与B互相平衡， B与C互相平衡，那么一 定有A与C也互相平衡。（热力学第零定律）
A与B互相平衡的意思是：虽然热接触允许它们之间作热交换，但它们间实际上 已没有热交换发生。
引入温度的目的：如何判断平衡系统A、B是否互为平衡的， 相差多远，如让
热平衡 多个系统通过热接触实现的总热平衡
问题：两个（或多个）平衡系统热接触后，是否还能保持原来(即接触前)的平衡状态？
C物体 （平衡态C）
A物体 （平衡态A）
（ 平 衡物 态体 ）
B B’
B B
A物体 （平衡态A’）
（
C物体
平 （平衡态C’）
衡物
态体
热接触）
有三个平衡系统 A，B，C
让它们热接触，并看作一总系统。 总系统达到平衡后，各子系统的状态 A’, B’, C’，一般与原来的不同。
它们做热接触时，热量将向何方向转移？
设有A，B两个平衡系
统。
问题：
如何方便地判断它们是
C
否还是
A物体
互相平衡的？
系统所受外界影响可以略去，宏观性质只有很 小变化（时2，）可平近衡似态看是作一是种平理衡想态概。念。
系统所受外界影响，且宏观性质不变化时，称 系统处于稳定态。
热接触：
如果两个(或多个)系统之间的器壁不 绝热，它们之间可以传热，或导热
，则称之为"热接触"。
热接触
热接触的系统之间可以有能量传递。这种能量的流动方式 称作“热量”，以区别于，比如，通过作“功”发生的机 械能传递。
平衡条件:
(1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换， (2) 系统的宏观性质不随时间改变。
非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统.
设一容器，用隔板将其隔开,当 隔板右移时，分子向右边扩散
在这过程中，各点密度、温度等均不相同，这就是 非平衡态。但随着时间的推移….
隔板
抽去隔板
...........................
按系统组成的化学成分分：
单元系：由一种化学成分组成的系统，如氧气 多元系：由多种化学成分组成的系统，如空气
按系统组成均匀性分：
单相系：由单一均匀成分构成的系统，如水、 多相系：由多个均匀成分组合的系统，如水与水蒸汽组合的系统
物态
热学的两部分内容: (1) 热力学：学习静止物体的不同状态、 它们的能量差别，状态发生转变的规律等。
需要保温的原因是：系统可能会以你不容易察觉的方式偷偷地通过容器壁
与外界交换着某种东西：热=一种能量流动的模式。
实验室里，绝热=保温，最常见的办法是用: 杜瓦瓶=开水瓶。 因此，“用杜瓦瓶实现绝热”的山寨版说法就是“用开水瓶保温”。
两点说明：
（1处）在平平衡衡态态是的一大种量热分动子平仍衡在；作热运动，而 且因为碰撞， 每个分子的速度经常在变 ，但是系统的宏观量不随时间 改变。
(为简单起见，忽略与物体运动，几何变形等力学课中相关的东西)。 (2) 分子运动论：学习分子运动的某些规律和描述方法， 以及它们与热力学之间的联系。
（分子：指组成物质的微观粒子。）
具体内容特点： 以气体为主，以气体为例来学习相关概念和原理。其中的一些 基本东西是普遍适用的，液体、固体等任何物体都必须遵守它 。
实际上，平衡态概念在热学中有着与惯性概念在力学中的同等重要地位。 可以说是热学中的“惯性”状态，是个安静老实的状态。
？如何实现这个平衡态，比如气体？
日常经验告诉我们，除了要把它盖严，让它安静地不受机械扰动外，还需要
（1）尽量“绝对”地保温，（2）有时还要耐心地等一段时间τ。
（系统从非平衡态过渡到平衡态所经历的时间，叫弛豫时间）
.............................. ...............................
开始
扩散 (非平衡态)
终了 (平衡态)
平衡态：孤立系统所长期维持的状态。
孤立： 不受干扰，不与系统外的其它物质发生任何关系 （发生相互作用，或交换任何东西）。
注意：“孤立=无相互作用”，“长期维持的状态”，这两个特色表明， “平衡态”概念与“惯性”运动概念非常相似。
热学
热学的研究对象及内容
▲ 对象：宏观物体（大量分子原子系统）
或物体系 — 热力学系统 。
例如汽缸中
的气体：
外界 系统
外界
外界：热力学系统以外的、与系统相关的其它物体。
▲内容：与热现象有关的性质和规律。
热现象 微 宏观 观上 上
说是与T温有度关； 说是与热运关动。有
宏观物体的微观模型： 大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观体系。