• 液态物质中，每个分子中原子间以化学键 结合，但分子间结合要弱很多。
热平衡微观过程
• 固体温度高的地方，分子振动强烈，振幅 较大，会逐渐带动附近的分子振动。（绝 缘材料通过振动传递热量，金属导体可通 过自由移动的电子传递，导热快） • 液体，分子可在较大范围内运动，分子之 间会相互碰撞传递热量。 • 气体，分子间通过碰撞传递能量使各系统 间每部分分子具有相同的平均动能。
设想在如图所示边 长为a的立方体内盛有质量为m、摩尔质量 为M的单原子分子理想气体，设气体的温 度为T，气体分子平均速率为v，它在x、y、 z三维方向速度分量以vx、vy、vz表示，对 大量分子而言，这三个方向速率大小是均 等的，则由
2 v v v v v 2 2 2 v x v y vz 3 观察分子x方向的运动,每个分
等压变化
t Vt V0 1 273 V m 1 Cp Cp R T p
p
图 象
① ②
p V p 0 0
② ① T
V 0
② ① T
0
p
T1>T2 “面积”表示T大小
V1>V2斜率表示V大小
V
p 0
p1>p2斜率表示p大小
p
V0
V T0 T V减小，单位面积碰 撞分子及每个分子碰 撞数增加 0
热传递方式:
暖气管与房间之间:
Q1 k1 T TF 1 Q2 k1 T TF 2
街与房间之间:
Q1 k2 TF 1 TJ 1 Q2 k2 TF 2 TJ 2
20 10 T T T T F1 F2 T T 40 20 T 10 20 F1 J1 F2 T J2
54.9mmHg
371.50k
热平衡
• 冷水热水混合最后温度会相同、气体扩散、 饱和水蒸气等。 • 一个不受外界影响的系统，各种宏观性质 不随时间变化的状态叫做平衡态 • 热动平衡（动态的平衡）
热力学第零定律
• 如果两个热力学系统中每一个都与第三个 热力学系统处于热平衡态，则它们彼此间 也必定处于平衡态
Q cmT
例6.如图所示,在一内径均匀的绝热的环形管内,有三个 薄金属片制成的活塞将管隔成三部分,活塞的导热性和封 闭性良好,且可无摩擦地在圆环内运动.三部分中盛有同 一种理想气体.容器平放在水平桌面上,起始时,Ⅰ、Ⅱ、 Ⅲ三部分气体的压强都是P0,温度分别是t1=3℃, t2=47℃, t3=27℃,三个活塞到圆环中心连线之间的夹角分别是 α1=90°，α2=120°，α3=150°。 (1)试求最后达到平衡时,三个活塞到圆环中心的连线之 间的夹角各是多少?(2)已知一定质量的理想气体的内能 的变化量与其温度的变化量成正比(与压强、体积的变 化无关),试求达到平衡时气体的温度和压强.
v
♧ 三种分子速率
方均根速率
v2
m0

M
平均速率 最可几速率
v
8kT m0
8 RT M
vp
2kT m
2 RT M
♠
规 律
气体的性质
等温变化
pV CT CT m RT
过程
等容变化
t pt p0 1 273 p m 1 CV CV R T V
• 无论是振动还是迁移，都具备两个特点： a、偶然无序（杂乱无章）和统计有序（分子 数比率和速率对应一定的规律——如麦克斯 韦速率分布函数，如图所示）； b、剧烈程度和温度相关。
♤
麦克斯韦分子速率分布规律
n N v
f v
气体分子速率麦克斯韦分布
v p v 32 v v mv 2 m 2 2 kT 2 f v 4 e v 2 kT 3kT 3 RT
理想气体状态方程
• R=8.314510（J/mol· K）
• 如果气体的分子数为N，则 PV=NKT,其中K=R/NA称作玻尔兹曼常量
k=1.3806505（24）X10-23J/K
• 例4：（第2届全国中学生物理竞赛预赛 试题）试估算在室温下,真空度达到 1．0×10－8mmHg时，容器内空气分子 间的平均距离____ （取1位有效数字）
T S N 1 nRT
1 3 2 m0 v kT 2 2
实际气体状态方程
范德瓦尔斯方程
（P
a
V
）（ V b ） RT 2
四.热量的传递
• 热量的测量 质量为m的某种物质，温度改编与吸收或放 出热量是简单的线性关系 C表示单位质量温度变化1℃所吸收或放出的 热量，称为这个物质的比热容。
理想气体温标
• 固定点：水的三相点，即纯冰、纯水和水蒸 气的三相平衡点，规定该点温度273.16℃ • （理想气体） P • 定容气体温标T(P)=273.16 P
tr
• 定压气体温标T(V)=273.16
V V tr
例2：定容气体温度计的测温泡浸在水的三相 点槽内时.其中气体的压强为50 mmHg • (1) 用该温度计测量300 K 的温度时，气体 的压强是多少? • (2) 当气体的压强为68 mmHg 时，待测的 温度是多少?
二.理想气体状态方程
• 阿伏伽德罗定律 在同温同压下，相同体积的任何气体含有相 同分子数。 1mol的数值就是NA,记为阿伏伽德罗常数 6.0221415（10）X1023 在标况下，即0℃、压强1atm时，1mol不同 种类的气体都有相同的体积约为22.4L
玻意耳定律
• 一定质量的某种气 体，在温度不变的 情况下压强与体积 成反比。 • PV=C1
例1.有一支没有刻度的水银温度计，当玻璃泡 放在冰水混合物中时，水银柱的长度为4cm； 当玻璃泡放在标准气压下的沸水中时，水银柱 的长度为24cm。 • （1）当室温为22℃时，水银柱的长度为多少 厘米？ • （2）用这支温度计测某液体温度时，水银柱 长度为25.4cm，则该液体的温度是多少？
8.4cm 107.0℃
vz vy vx
a
2
2 x
2 y
2 z
子每对器壁的一次碰撞中有
F Nm v p
0
2 m0 v x F t 2m0 v x F a 2a
vx 气体压强是大量气体分子对器壁的持续碰撞引起的，即
2 x
S
a a2
Nm0 v 2 m 2 1 NA m0 v 2 3V M 3V 2
热力学基础
泸县二中 唐瑞
一.生活中的热现象：
• 物体和环境有冷热之分；如冰与水 • 物质变化过程中伴随着热的变化；如水结 成冰放热，冰融成水吸热以及各类化学反 应 • 物质的相互作用；电流通过导体，物体受 到光辐射
描述热现象物理参量
• 体积 V • 压强 P 1atm=760mmHg =1.01325X105pa • 温度 T 单位：开尔文（k） 1.经验温标：摄氏温标 2.热力学温标：T=t+273.16
6 10 m
-7
• 例5：有一两端封闭的、横截面积均匀的U形玻璃 管,两臂管内分别有适量的氢气1和氦气2,一段水 银柱把两种气体隔开,如图所示,将此U形管两端朝 上竖直立起,两臂中气柱的长度分别为L =12cm, L =18cm;两端朝下竖直立起时,气柱的长度分别 为L =6cm,L =24cm.问将此U形管平放在水平桌 面上时,两臂中气柱的长度和各是多少?设U形管 两臂的长度相等,水银柱不断裂,没有发生气体从一 臂通过水银逸入另一臂中的情况,不考虑温度的变 化. 10cm；20cm
A1 B1 A2 B2
道尔顿定律
• 体积为V的混合气体所产生的压强，等于其 中各成分气体在体积为V时单独产生压强之 和。
PP P P ...... 1 2 3
三.热力学微观机制
• 气体分子间距大，相互作用很小，每个分 子是独立的单元 • 固态物质中，原子大多数由较强的化学键 （离子键、共价键、金属键）结合起来， 因此固体中往往没有独立的分子。
T 60 ℃
例8 一个全部黑色的球形空间探测器位于距离太阳系很远处．由于位于探 测器内部的功率为P的核能源的加热作用，探测器表面的温度为T．现在探测器被 封闭在一个薄的热防护罩中，防护罩内外两面均为黑色，并且通过几个隔热棒附 着于探测器表面，如图所示．试确定探测器新的表面温度；若使用N个这样的防护 罩，探测器表面的温度又为多少？
查理定律
• 对于一定质量的气体当体积保持不变时， 它的压力随温度线性变化。 • P=C3T
理想气体状态方程
PV RT
其中R为普适气体常量，这个方程也叫克 拉伯龙方程
试试求R的数值 已知标准状态下，每摩尔理想气体的体积 都是22.41383L,1atm=1.013X10-3Pa， T=273.16k
例3.一个粗细均匀的U形玻璃管在竖直平面内 放置(如图所示),U形管左端封闭,右端通大气, 大气压为.管内装入水银,两边水银面的高度差 为h.左管内空气柱的长度为L.如果让该管在原 来竖直平面内自由下落.求两边水银面的高度 差.
2 gh h L p0
盖吕萨克定律
• 对于一定质量的某种 气体，当压强保持不 变时，它的体积随温 度线性变化。 • V=C2T
V T V 0 T升高，每个分子碰 撞次数及每次碰撞冲 量增加 T
微观 解释
T升高，每次碰撞冲 量大但V增大单位面 积碰撞少
• 分子间存在相互作用力（注 意分子斥力和气体分子碰撞 作用力的区别），而且引力 和斥力同时存在，宏观上感 受到的是其合效果。 • 分子力是保守力，分子间距 改变时，分子力做的功可以 用分子势能的变化表示，分 子势能EP随分子间距的变化 关系如图所示。 • 分子势能和动能的总和称为 物体的内能。
p=p0，T=297.9K， 99.3℃，111.7℃，149℃