o
V
p,V , T
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）
平衡态的特点
p
( p ,V , T )
* ( p ,V , T )
o
1）单一性（
V
p -V 图 上的每一点 表示一个平 衡态
ห้องสมุดไป่ตู้
p , T 处处相等）;
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）.
第七章 气体动理论
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）
§7.1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律 热学涉及到宏观与微观两个层次 宏观理论热力学的两大基本定律: 第一定律, 即
能量守恒定律; 第二定律, 即熵增加定律 .
科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子的微 观层次上来说明物理规律, 气体分子动理论应运而生 .
物理学教程 （第二版）
三 理想气体物态方程
理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 . 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数 关系 .
pV NkT
k 1.3810 J K
23
23
1
令 则
N NA
pV NA kT
令
阿伏伽德罗常数
NA 6.0210 mol
则
1
p1 V1 M 1
p2 V2 M 2
原有
p3 V3 M 3 使用时的温度为T
剩余
设可供 x 天使用
x 每天用量
p 2 V2 M 2 T
p1 V1 M 1 T
p3 V3 M 3 T
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）
分别对它们列出状态方程，有
M1 p1 V1 RT M mol
M2 p 2 V2 RT M mol
2. 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 假设和统计方法揭示宏观现象的本质 .
热力学
相辅相成
气体动理论
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）
一 气体的物态参量（宏观量） 1 气体压强 p ：作用于容器壁上 单位面积的正压力（力学描述）. 单位：
2
p,V , T
NAk R
pV RT
第七章 气体动理论
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N NA 对质量为 m' 的理想气体 m' M
理想气体 物态方程 摩尔气体常量
pV RT
m' pV RT M
R 8.31J mol K
1
1
分子数密度（ ）：单位体积内的分子数目.
n
nN V
p nkT
第七章 气体动理论
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例：氧气瓶的压强降到106Pa即应重新充气，以免混入 其他气体而需洗瓶。今有一瓶氧气，容积为32L，压
强为1.3107Pa，若每天用105Pa的氧气400L，问此瓶
氧气可供多少天使用？设使用时温度不变。 解: 根据题意，可确定研究对象为原来气体、用去气 体和剩余气体，设这三部分气体的状态参量分别为
玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学 .
热力学与统计物理的发展, 加强了物理学与化学 的联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 .
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）

研究对象 热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。 热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不 休止的无规运动 .
研究对象特征 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 .
理想气体温标，指示的温度值与该温度下一定 质量气体的PV 乘积成正比，即: 单位：开尔文 热力学温标（绝对温标） （在理想气体温标有效范围内，理想气体温标和 热力学温标完全一致.）
T3 273.16 K
第七章 气体动理论
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热力学第三定律 热力学零度（也称绝对零度）是不能达到的. 荷兰人华伦海特在1709年利用酒精，在1714年 又利用水银作为测量物质，制造了更精确的温度计。
单位：温标 K （开尔文）.
T 273.15 t
第七章 气体动理论
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二 平衡态 一定量的气体，在不受外界的影响下, 经过 一定的时间, 系统达到一个稳定的, 宏观性质不随 时间变化的状态称为平衡态 .（理想状态）
p
真空膨胀
p,V , T
( p ,V , T )
自发
( p,V , T )
M3 p 3 V3 RT M mol
V1 V3
M 1 M 3 xM 2
M 1 M 3 ( p1 p3 )V1 x M2 p2V2 ( 130 10 ) 32 9.6天 1 400
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四 热力学第零定律
48 C
A B
1Pa 1N m 标准大气压： 45 纬度海平面处, 0 C 时的大气压. 5 1atm 1.01310 Pa
2 体积 V : 气体所能达到的最大空间（几何 描述）. 3 3 3 3 单位： 1m 10 L 10 dm 3 温度 T : 气体冷热程度的量度（热学描述）.

48 C
绝热板
A B

如果物体 A 和 B 分别与处于确定状态的物体 C 处 于热平衡状态，那么A和B之间也就处于热平衡.
第七章 气体动理论
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温度 处于热平衡的系统所具有的共同的宏观性质 称为系统的温度。第零定律不仅给出了温度的概 念 而且指出了判别温度是否相同的方法。 温度的数值表示法称为温标.
他观察了水的沸腾温度、水和冰混合时的温度、盐
水和冰混合时的温度；经过反复实验与核准，最后 把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0°F，把纯 水凝固时的温度定为32°F，把标准大气压下水沸 腾的温度定为212°F，用°F代表华氏温度，这就
是华氏温度计。
第七章 气体动理论
物理学教程 （第二版）
瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特 温度计的刻度，他把水的沸点定为零度，

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 .
第七章 气体动理论
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微观量

统计平均
宏观量
研究方法 1. 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 .