第一章 热学绪论.讲义
::: : : ::: ------------------纯水 … … = ::: = … : ::: 纯 冰 :… -------------------… ------------------温度计 = = ::: … : : … … = ::: ------冰水混合物 = … :… : :::: ------保温瓶
[说明]:
1、一切互为热平衡的物体都具有相同的温度; 2、热接触只为热平衡的建立创造了条件; 3、宏观上,温度是物体冷热程度的量度; 4、从微观角度,温度是组成系统的大量微观粒子无规则 运动剧烈程度的反映。
• 二、温标 温度的数值表示法叫做 温标 1、 经验温标 建立经验温标的三要素:
1.) 选择物质的某一随温度变化的属性来标志温度. 测温物质 测温参量 测 温 质:用来确立温标的一种特定物质
测温属性:测温质的某一随温度变化的属性
测温参量:表示测温属性的物理量
规定测温参量随温度的变化关系:
X:
表示测温参量
T ( X ) : 温度计与被测系统达到热平衡时的温度值
如果规定 T ( X ) 与
X 成正比,令: T ( X ) aX
T ( X1) X1 T(X2) X2
测温参量为X的同一温度计所测定的两个物体的 温度之比跟这两个温度所对应的X值之比相等。
2. 理想气体温标
三.19世纪~20世纪初
热力学和统计物理学都获得了长足的发展,由 彼此的相互隔绝到后来的互相结合,最终导致了 统计热力学的产生。 四.20世纪初以后
这个时期出现了大量统计物理学和非平衡态理论。 形成了现代理论物理学最重要的一部分。 非平衡态理论还很不完善,有待继续研究和 发展。希望大家学好本专业理论,打下扎实的基 础,为热学的进一步发展作出贡献!
2.热力学第零定律:
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热 力学系统处于热平衡,则这两个热力学系统彼此 也必定处于热平衡.(也称热平衡定律) C A B A
C
B
A、B分别与C达到热平衡
A、B也达到热平衡
3. 温度的概念
处于同一热平衡态的所有热力学系统都具 有一个共同的宏观性质,这个决定系统热平衡 宏观性质的物理量就是-------温度。
微观量
宏观量
热学研究方法
1. 气体动理论 —— 微观描述
研究大量数目的热运动的粒子系统,应用模型假设和统计 方法 .
2. 热力学 —— 宏观描述 实验经验总结, 给出宏观物体热现象的规律,从能量观 点出发,分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 . 两种方法的关系 热力学 相辅相成 气体动理论
二、热学发展简史
热学的发展史实际上就是热力学和统计物理学的发 展史,可以划分为以下几个大的时期。
一.远古~17世纪末 主要是关于对“热本质”的定性猜想。 二.17世纪末~19世纪初
积累了大量的实验和观察事实,为热力学理பைடு நூலகம்的 建立作了准备。特别是十九世纪初出现的热机理论 和热功当量原理已经包含了热力学的基本思想。
热学
绪论
一、什么是热学?
热学是研究有关物质的热运动(热现 象)以及与热相联系的各种规律的科学。 是经典物理学的四大柱石之一。
热物理学的研究对象 是由数量很大的微观粒子所组成的系统。
研究对象的特征
单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. 整体(大量分子)— 服从统计规律 . 微观量:描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测 量),如分子的 m , v 等 . 宏观量:表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量), 如 p,V , T 等 . 统计平均
§2 温度
一、热力学第零定律 1.热平衡
A (p1,v1) B (p2,v2) A (p1,v1) B (p2,v2)
绝热壁
导热壁
两个系统用刚性壁隔开
[热接触]
通过导热壁相互接触的两个系统, 它们之间会发生热传递,这种接触称为热接触。
[热平衡]
两个系统在热接触时,通过热交换 实现新的平衡,这种平衡称为热平衡. 有时,两个系统接触后,它们的状态都不发生 变化,说明它们在接触前就已达到了热平衡。即: 热平衡的概念还可用于两个不发生热接触的系统。
‘
------------------水蒸汽
= =
水的三相点裝置
273.16 a X tr
[经验温标:] 利用特定测温物质的特定测
温属性建立的温标统称为经验温标。
[温 度 计 :] 按照经验温标测量温度的仪器.
[ 讨 论:]
测温属性必须随温度的改变发生 单调的、显著的变化;
不同的温度计测量同一对象时结 果不同,是由于不同物质的不同(或同一) 测温属性随温度的变化关系不同.
选定固定点:
1954年以后,国际上规 定水的三相点为固定点---标准温度点
.
T ( X tr ) 273.16K
对于任何温度计都有:
T ( X1) X1 T ( X tr ) X tr
X T ( X ) 273.16K X tr
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二、状态参量 1. 定义: 描述系统宏观性质或状态的(可由实验
测定的)量.是描述平衡态性质的物理量。
2. 常见的状态参量:
力学参量: P 化学参量: m,
几何参量:V 电磁参量:E,
B
3 . 说明: •状态参量的选择由系统本身的性质决定.
•完整描述热力学系统的平衡态,须引入 一 个热学参量---温度 •一定体积内单一成分的气体,在平衡态下, 忽略重力,用温度,体积,压强来描述。
§1 平衡态
一、平衡态:
状态参量
在不受外界影响的条件下,宏观性质 不随时间变化的状态。
1、热力学系统的平衡态:
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
孤立系统
真空
p
( p ,V , T )
*( p,V , T )
V
o
2、说明:
(1)“孤立系统”---统与外界无物质、能量交换; (2) 是一种理想状态; (3) 动态平衡(热动平衡); (4)处于平衡态的系统须同时满足三种平衡条件: 力学平衡、热平衡、化学平衡。 (5)平衡态不同于稳恒态;