热学电子教案
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《热学》
面向物理学本科学生
主讲：姚恺
1
热学内容图析
热学发展规律简史 研究对象及方法 总论 量热与量温 热传递的一般规律
热力学平衡态的特征及充要条件
热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程 分子运动论 （微观理论） 1、分子运动论的实验 基础及基本论点； 2、理想气体分子运动 的规律（平衡态）； 3、理想气体内迁移规 律（非平衡态）。 热学理论的应用 （物性学） 1、实际气体、 液体、固体的基 本性质； 2、一级相变特 征及基本规律。
热力学与力 学的区别
热力学参量：压强、体积、温度等 热力学的目的：基于热力学的基本定律 力学的目的：基于牛顿定律（力学参量）
15
二、平衡态与非平衡态
1、平衡态
孤立系统
p
真空
( p ,V , T )
*( p,V , T )
V
o
①定义：
在不受外界条件影响下，经过足够长时间后系统必 将达到一个宏观上看来不随时间变化的状态，这种状态
18
§1.3 物态方程
一、物态方程
平衡态
Ti Ti ( pi ,Vi ,m )或fi (Ti , pi ,Vi ,m ) 0
把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、 温度）之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称为状 态方程。
二、热膨来自百度文库现象
1 V )T •等温压缩系数 T ( V p
1. 秦允豪，《热学》（第二版），高等教育出版社，2006 2. 赵凯华等，《热学》，高等教育出版社，2005 3. 黄淑清等， 《热学教程》，高等教育出版社，2003 4. 李椿等，《热学》，高等教育出版社，2004 5. 王竹溪，热力学，北京大学出版社，2005 6. 张玉民等，《热学》，科学出版社，2006 7. 李洪芳，《热学》，复旦大学出版社，2001 8. 包科达，《热物理学基础》，高等教育出版社，2001 9. Serway & Faughn , College Physics (Sixth Edition), 清华大学出版社，2005 10、Sears and Zemanskys, University Physics ( 第10版)（上册）， 机械工业出版社，2003 11、王楚等，热学（基础物理教程 面向21世纪课程教材），2003 12、 梁绍荣等，普通物理学，第二卷，高等教育出版社，2006
13
2、微观描述方法：统计物理学 统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、
原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热 运动的统计平均值所决定，由此找出微观量与宏观量之间的关系。
统计物理学方法的优点：
弥补热力学的不足，使热力学的理论获得更深刻的意义
微观描述方法的局限性：
3
从钻木取火到商周的青铜器
伽利略温度计 16世纪 (明)
4
清 初
瓦特早期蒸汽机
5
6
1807年
嘉庆12年
7
1823年
道光3年
8
1892年
同治18年(仿哥窑五彩)
9
1.官窑:南宋
五大名窑:
2.定窑:宋,河北曲阳
3,汝窑:宋,河南宝丰 4,哥窑:南宋,浙江龙泉
5,均窑:宋,河南禹县
10
主要参考书目：
在于它在数学上遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型）后 所得的理论结果与实验不能完全符合。
• 热力学基础
3、热物理学
• 统计物理学的初步知识
• 液体、固体、相变等物性学
14
§1.2
一、热力学系统
热力学系统的平衡态
1、热力学系统（系统）：被确定为研究对象的物体或物体系，
或热学所研究的对象。
2、外界：系统边界外部 3、孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统 4、封闭系统:与外界不交换物质但可交换能量的系统 5、开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统
成绩考核：平时作业10%、出勤及课堂讨论10%、期末占80%
11
第一章
导论
§1.1 宏观描述方法与微观描述方法
一、热学的研究对象及其特点
1、热物理学：是研究有关物质的热运动以及与热相联系 的各种规律的科学。 2、热现象：这些与温度有关的物理性质的变化称热现象。 3、热学研究对象：所有与热相联系的现象。 4、特点：热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所组 成的系统。 5、大数粒子：我们把数量级达到宏观系统量级的粒子。
热力学呈现 平衡态的条 件
无粒子流：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系 统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反 映为压强处处相等。 化学平衡：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化 学组成应是处处相等。
可以用P、V、 T图来表示。只要上述三个条件一个得不到满足，就是 非平衡态，不能用P、V、T图来表示。
热力学基础 （宏观理论） 1、热力学第 一定律； 2、热力学第 二定律； 3、热机。
2
古希腊（公元前611—430年） 四元素说：万 物是由土、水、火、气四种元素在数量上不 同比例的配合组成的。 我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、 土是构成世界万物的五种基本元素，称为五 行。中国古代提出的元气说，就认为热（火） 是物质元气聚散变化的表现。
叫做平衡态。
16
1）单一性（
p, T
处处相等）;
②平衡态的特点
2）物态的稳定性—— 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡（有别于力平衡）.
2、非平衡态
在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的 ，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。
17
三、热力学平衡
无热流：热学平衡条件，系统内部温度处处相等。
12
二、宏观描述方法与微观描述方法 1、宏观描述方法：热力学方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现 象的宏观理论，叫做热力学。 热力学方法的优点：
热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过 程中不加上其它假设，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
热力学的局限性：
1、它只适用于粒子数很多的宏观系统； 2、它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何 从非平衡态进入平衡态的过程； 3、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
•压强系数
1 V ( )p •体膨胀系数 V T
•线膨胀系数
1 p v ( )V p T
1 l ( )p l T
面向物理学本科学生
主讲：姚恺
1
热学内容图析
热学发展规律简史 研究对象及方法 总论 量热与量温 热传递的一般规律
热力学平衡态的特征及充要条件
热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程 分子运动论 （微观理论） 1、分子运动论的实验 基础及基本论点； 2、理想气体分子运动 的规律（平衡态）； 3、理想气体内迁移规 律（非平衡态）。 热学理论的应用 （物性学） 1、实际气体、 液体、固体的基 本性质； 2、一级相变特 征及基本规律。
热力学与力 学的区别
热力学参量：压强、体积、温度等 热力学的目的：基于热力学的基本定律 力学的目的：基于牛顿定律（力学参量）
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二、平衡态与非平衡态
1、平衡态
孤立系统
p
真空
( p ,V , T )
*( p,V , T )
V
o
①定义：
在不受外界条件影响下，经过足够长时间后系统必 将达到一个宏观上看来不随时间变化的状态，这种状态
18
§1.3 物态方程
一、物态方程
平衡态
Ti Ti ( pi ,Vi ,m )或fi (Ti , pi ,Vi ,m ) 0
把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、 温度）之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称为状 态方程。
二、热膨来自百度文库现象
1 V )T •等温压缩系数 T ( V p
1. 秦允豪，《热学》（第二版），高等教育出版社，2006 2. 赵凯华等，《热学》，高等教育出版社，2005 3. 黄淑清等， 《热学教程》，高等教育出版社，2003 4. 李椿等，《热学》，高等教育出版社，2004 5. 王竹溪，热力学，北京大学出版社，2005 6. 张玉民等，《热学》，科学出版社，2006 7. 李洪芳，《热学》，复旦大学出版社，2001 8. 包科达，《热物理学基础》，高等教育出版社，2001 9. Serway & Faughn , College Physics (Sixth Edition), 清华大学出版社，2005 10、Sears and Zemanskys, University Physics ( 第10版)（上册）， 机械工业出版社，2003 11、王楚等，热学（基础物理教程 面向21世纪课程教材），2003 12、 梁绍荣等，普通物理学，第二卷，高等教育出版社，2006
13
2、微观描述方法：统计物理学 统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、
原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热 运动的统计平均值所决定，由此找出微观量与宏观量之间的关系。
统计物理学方法的优点：
弥补热力学的不足，使热力学的理论获得更深刻的意义
微观描述方法的局限性：
3
从钻木取火到商周的青铜器
伽利略温度计 16世纪 (明)
4
清 初
瓦特早期蒸汽机
5
6
1807年
嘉庆12年
7
1823年
道光3年
8
1892年
同治18年(仿哥窑五彩)
9
1.官窑:南宋
五大名窑:
2.定窑:宋,河北曲阳
3,汝窑:宋,河南宝丰 4,哥窑:南宋,浙江龙泉
5,均窑:宋,河南禹县
10
主要参考书目：
在于它在数学上遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型）后 所得的理论结果与实验不能完全符合。
• 热力学基础
3、热物理学
• 统计物理学的初步知识
• 液体、固体、相变等物性学
14
§1.2
一、热力学系统
热力学系统的平衡态
1、热力学系统（系统）：被确定为研究对象的物体或物体系，
或热学所研究的对象。
2、外界：系统边界外部 3、孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统 4、封闭系统:与外界不交换物质但可交换能量的系统 5、开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统
成绩考核：平时作业10%、出勤及课堂讨论10%、期末占80%
11
第一章
导论
§1.1 宏观描述方法与微观描述方法
一、热学的研究对象及其特点
1、热物理学：是研究有关物质的热运动以及与热相联系 的各种规律的科学。 2、热现象：这些与温度有关的物理性质的变化称热现象。 3、热学研究对象：所有与热相联系的现象。 4、特点：热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所组 成的系统。 5、大数粒子：我们把数量级达到宏观系统量级的粒子。
热力学呈现 平衡态的条 件
无粒子流：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系 统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反 映为压强处处相等。 化学平衡：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化 学组成应是处处相等。
可以用P、V、 T图来表示。只要上述三个条件一个得不到满足，就是 非平衡态，不能用P、V、T图来表示。
热力学基础 （宏观理论） 1、热力学第 一定律； 2、热力学第 二定律； 3、热机。
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古希腊（公元前611—430年） 四元素说：万 物是由土、水、火、气四种元素在数量上不 同比例的配合组成的。 我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、 土是构成世界万物的五种基本元素，称为五 行。中国古代提出的元气说，就认为热（火） 是物质元气聚散变化的表现。
叫做平衡态。
16
1）单一性（
p, T
处处相等）;
②平衡态的特点
2）物态的稳定性—— 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡（有别于力平衡）.
2、非平衡态
在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的 ，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。
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三、热力学平衡
无热流：热学平衡条件，系统内部温度处处相等。
12
二、宏观描述方法与微观描述方法 1、宏观描述方法：热力学方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现 象的宏观理论，叫做热力学。 热力学方法的优点：
热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过 程中不加上其它假设，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
热力学的局限性：
1、它只适用于粒子数很多的宏观系统； 2、它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何 从非平衡态进入平衡态的过程； 3、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
•压强系数
1 V ( )p •体膨胀系数 V T
•线膨胀系数
1 p v ( )V p T
1 l ( )p l T