热力学基础熵与概率
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• 在1662年，玻意耳（Boyle）根据实验结果提出： “在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压 强和体积成反比关系。”
• 这是人类历史上第一个被发现的“定律”。
热力学温标的确立：
为了结束温标上的混乱局面，开尔文(即W·汤姆逊) 创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何 测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标，也 叫开氏温标或者热力学温标。
热是什么？
• 1667年，德国化学家贝歇尔提出“燃素”理论： 可燃物中含有燃素（无色无味无质量）， 在燃烧时释放出来；
• 德国化学家斯塔耳做了进一步发展，认为“燃素” 是一种气体，燃烧时从可燃物放出，与空气结合， 发出光与热。
• 法国科学家拉瓦锡发现，燃烧时需要氧气，过程 违反了质量守恒定律。提出了“热质”说： 热质可以从高温物体流向低温物体，总热质守恒。
• 1902年法国工程师乔治·克劳德（Georges Claude） 液化了空气。
• 1908年7月9日，荷兰物理学家昂纳斯（H. K. Onnes， 1853-1926）在莱顿大学他所建立的低温实验室里实现 了1.15K的低温后，才将氦气液化了，从而消除了最后 一种“永久气体”。
• 1933年，磁冷却成功，用顺磁盐绝热去磁方法获得了 0.25K的低温，1950年又获得了10-3 K的低温。
• 大爆炸后10-43秒，宇宙温度为1032K。
• 几十万年后，当温度降到4000K时，随着中性原子 的有效复合，宇宙变得透明了，今日的宇宙温度已 冷却到2.735K，称为微波背景辐射温度。
• 人体温度为37℃，室温为20℃--30℃，即300K左 右，我们生活的环境温度的起伏上下不过几十度。
• 当代科学实验室里能产生的最高温度是108K， 最低温度是10-8 K，上下跨越了16个数量级。
热力学第零定律：
在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下 的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B 也必相互热平衡。
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
温度的宏观定义：
表征系统热平衡的宏观性质的物理量。
如何标定温度？
• 摄氏温标：压强 1 atm 下，冰点时温度为0摄氏度, 沸点为100摄氏度;
分子动理论（微观理论）
从构成物质的大量分子所遵从的统计规律出 发，讨论物质的宏观热现象。
一、热力学第零定律——测温原理
热接触
热平衡
A
B
AB
AB
热平衡：
两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏 观性质不再变化，我们说它们达到了热平衡状态。
表征系统热平衡的宏观性质的物理量为温度
Thermal equilibrium 热平衡
• 两者之间，可能存在 一种当量关系。
焦耳实验 热功当量的测量 • “热质说”比起“燃素说”来，进步有限。
W＝JQ J＝4.186 焦／卡
§7.2 温度 热力学温标 理想气体状态方程
热学的两种研究方法：
热力学（宏观理论）
以实验事实为基础，整个理论完全建立在两个 基本定律（热力学第一定律和热力学第二定律）的 基础上并通过严密的逻辑推理得到一些重要的结论。
第七章 热力学基础 熵与概率 统计规律性
已讨论的寻找物理学规律的线索： • 从宏观物体到微观粒子的运动规律； • 电磁场和波的运动规律； 最终在“波粒二象性”上统一起来。
第三条线索：从单粒子的研究发展到 由大量粒子组成的复杂体系的研究
§7.1 热的本质 热功当量
热学是研究物质热性质和热运动的 规律及其应用的科学
热的动力说
• “热质说”比起“燃素说”来，进步有限。 • 1798年，伦姆福伯爵发现，在炮膛钻孔时，热量
似乎可以通过摩擦无限产生。因此热的来源不是 热质，而是一种运动。
• 随着原子论的兴起，热的动力说逐渐占据主流， 认为“热”可能与 和原子或者分子动能相联系的 “机械功” 之间有互相对应关系。
• 热量与功一样， 是能量的一种传递方式。
• 1956年，牛津大学弗兰西斯·西蒙与柯蒂等，原子核绝 热去磁法获得1.6 ×10-5 K的低温（存在仅1分钟）。
• 1979年芬兰 罗纳斯玛（O. V. Lounasmaa）采用两级 原子核去磁法，核自旋温度降到5×10-8 K，这是至今人 类技术曾获得的最低温度。
作业：
Leabharlann Baidu思考题：7-1 习题：7-1
真空
水银贮管
气体泡
液体样品
理想气体温标
软管
绝对温度
已有的温度定义：
热力学温度（T）： 单位为K 摄氏温度（t）： 单位为℃
水的气、液、固三相点为 0 ℃。
T t 273.15
华氏温度（F）： 单位为℉
华氏温度 ℉ = 9×℃ /5+32
温度大观
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102 103 104
核
稀
氢室 太
自
释
的温 阳
旋
制
液
表
制
冷
化
面
冷
温
度
105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 ……1038 1039
热宇
强
核宙
子
大 爆
聚 变合 温成 度
-He
夸 克 相 变
炸 后 的 温 度
• 100多亿年前，宇宙在大爆炸中诞生时，其温度在 1039K以上。
• 华氏温标：压强 1 atm 下，冰点温度定为32华氏度, 沸点为212华氏度。
热力学中，可以通过理想气体，定义一种自然的温标。
理想气体：忽略气体分子的自身体积，看成是质点； 假设分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与 器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。
二、热力学温标与理想气体状态方程
绝对零度的探索：
• 从18世纪末到19世纪中 降温 压缩 氨、氯、硫化氢、二氧化硫、乙炔、二氧化碳等气体 的液化
• 1863年 气液转换 “临界点”
• 1875至1880年 德国工程师林德（K. Linde） 焦耳-汤姆孙效应 “循环对流冷却法” 气体压缩式致冷机 氧、氢液化
• 1877年 盖勒特（Gailletet） 液化了氮和氧。
• 这是人类历史上第一个被发现的“定律”。
热力学温标的确立：
为了结束温标上的混乱局面，开尔文(即W·汤姆逊) 创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何 测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标，也 叫开氏温标或者热力学温标。
热是什么？
• 1667年，德国化学家贝歇尔提出“燃素”理论： 可燃物中含有燃素（无色无味无质量）， 在燃烧时释放出来；
• 德国化学家斯塔耳做了进一步发展，认为“燃素” 是一种气体，燃烧时从可燃物放出，与空气结合， 发出光与热。
• 法国科学家拉瓦锡发现，燃烧时需要氧气，过程 违反了质量守恒定律。提出了“热质”说： 热质可以从高温物体流向低温物体，总热质守恒。
• 1902年法国工程师乔治·克劳德（Georges Claude） 液化了空气。
• 1908年7月9日，荷兰物理学家昂纳斯（H. K. Onnes， 1853-1926）在莱顿大学他所建立的低温实验室里实现 了1.15K的低温后，才将氦气液化了，从而消除了最后 一种“永久气体”。
• 1933年，磁冷却成功，用顺磁盐绝热去磁方法获得了 0.25K的低温，1950年又获得了10-3 K的低温。
• 大爆炸后10-43秒，宇宙温度为1032K。
• 几十万年后，当温度降到4000K时，随着中性原子 的有效复合，宇宙变得透明了，今日的宇宙温度已 冷却到2.735K，称为微波背景辐射温度。
• 人体温度为37℃，室温为20℃--30℃，即300K左 右，我们生活的环境温度的起伏上下不过几十度。
• 当代科学实验室里能产生的最高温度是108K， 最低温度是10-8 K，上下跨越了16个数量级。
热力学第零定律：
在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下 的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B 也必相互热平衡。
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
温度的宏观定义：
表征系统热平衡的宏观性质的物理量。
如何标定温度？
• 摄氏温标：压强 1 atm 下，冰点时温度为0摄氏度, 沸点为100摄氏度;
分子动理论（微观理论）
从构成物质的大量分子所遵从的统计规律出 发，讨论物质的宏观热现象。
一、热力学第零定律——测温原理
热接触
热平衡
A
B
AB
AB
热平衡：
两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏 观性质不再变化，我们说它们达到了热平衡状态。
表征系统热平衡的宏观性质的物理量为温度
Thermal equilibrium 热平衡
• 两者之间，可能存在 一种当量关系。
焦耳实验 热功当量的测量 • “热质说”比起“燃素说”来，进步有限。
W＝JQ J＝4.186 焦／卡
§7.2 温度 热力学温标 理想气体状态方程
热学的两种研究方法：
热力学（宏观理论）
以实验事实为基础，整个理论完全建立在两个 基本定律（热力学第一定律和热力学第二定律）的 基础上并通过严密的逻辑推理得到一些重要的结论。
第七章 热力学基础 熵与概率 统计规律性
已讨论的寻找物理学规律的线索： • 从宏观物体到微观粒子的运动规律； • 电磁场和波的运动规律； 最终在“波粒二象性”上统一起来。
第三条线索：从单粒子的研究发展到 由大量粒子组成的复杂体系的研究
§7.1 热的本质 热功当量
热学是研究物质热性质和热运动的 规律及其应用的科学
热的动力说
• “热质说”比起“燃素说”来，进步有限。 • 1798年，伦姆福伯爵发现，在炮膛钻孔时，热量
似乎可以通过摩擦无限产生。因此热的来源不是 热质，而是一种运动。
• 随着原子论的兴起，热的动力说逐渐占据主流， 认为“热”可能与 和原子或者分子动能相联系的 “机械功” 之间有互相对应关系。
• 热量与功一样， 是能量的一种传递方式。
• 1956年，牛津大学弗兰西斯·西蒙与柯蒂等，原子核绝 热去磁法获得1.6 ×10-5 K的低温（存在仅1分钟）。
• 1979年芬兰 罗纳斯玛（O. V. Lounasmaa）采用两级 原子核去磁法，核自旋温度降到5×10-8 K，这是至今人 类技术曾获得的最低温度。
作业：
Leabharlann Baidu思考题：7-1 习题：7-1
真空
水银贮管
气体泡
液体样品
理想气体温标
软管
绝对温度
已有的温度定义：
热力学温度（T）： 单位为K 摄氏温度（t）： 单位为℃
水的气、液、固三相点为 0 ℃。
T t 273.15
华氏温度（F）： 单位为℉
华氏温度 ℉ = 9×℃ /5+32
温度大观
10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1 101 102 103 104
核
稀
氢室 太
自
释
的温 阳
旋
制
液
表
制
冷
化
面
冷
温
度
105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 ……1038 1039
热宇
强
核宙
子
大 爆
聚 变合 温成 度
-He
夸 克 相 变
炸 后 的 温 度
• 100多亿年前，宇宙在大爆炸中诞生时，其温度在 1039K以上。
• 华氏温标：压强 1 atm 下，冰点温度定为32华氏度, 沸点为212华氏度。
热力学中，可以通过理想气体，定义一种自然的温标。
理想气体：忽略气体分子的自身体积，看成是质点； 假设分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与 器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。
二、热力学温标与理想气体状态方程
绝对零度的探索：
• 从18世纪末到19世纪中 降温 压缩 氨、氯、硫化氢、二氧化硫、乙炔、二氧化碳等气体 的液化
• 1863年 气液转换 “临界点”
• 1875至1880年 德国工程师林德（K. Linde） 焦耳-汤姆孙效应 “循环对流冷却法” 气体压缩式致冷机 氧、氢液化
• 1877年 盖勒特（Gailletet） 液化了氮和氧。