熱學(xué)概述和第一章-溫度培訓(xùn)講學(xué)

1、熱學(xué)概述和第一章-溫度2. 2. 微觀法微觀法 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)+ +統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)方法-統(tǒng)計(jì)物理學(xué)范疇。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)范疇。 熱象的微觀理論。熱象的微觀理論。 其初級理論稱為氣體分子運(yùn)動論其初級理論稱為氣體分子運(yùn)動論( (氣體動理論氣體動理論) ) 揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。由于對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的假設(shè)總是有某種程度的近似性，由于對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的假設(shè)總是有某種程度的近似性，其結(jié)論不能象熱力學(xué)那樣與實(shí)驗(yàn)事實(shí)嚴(yán)格相符。其結(jié)論不能象熱力學(xué)那樣與實(shí)驗(yàn)事實(shí)嚴(yán)格相符。揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：宏觀法與微觀法相輔相成。宏觀法與微觀法相輔相成。

2、第一章第一章 溫度溫度1.1 宏觀和微觀宏觀和微觀1.2 溫度溫度1.3 理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo)1.4 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程1.1 1.1 宏觀和微觀宏觀和微觀系統(tǒng)分類：系統(tǒng)分類：1 1 孤立系統(tǒng)：與外界無相互作用，無物質(zhì)、能量的交換。孤立系統(tǒng)：與外界無相互作用，無物質(zhì)、能量的交換。 2 2 封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有能量的交換，無物質(zhì)的交換。封閉系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界有能量的交換，無物質(zhì)的交換。 3 3 開放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界即物質(zhì)的交換又有能量的交換開放系統(tǒng)：系統(tǒng)與外界即物質(zhì)的交換又有能量的交換系統(tǒng)系統(tǒng)一、熱力學(xué)系統(tǒng)與外界一、熱力學(xué)系統(tǒng)與外界 熱力學(xué)系統(tǒng)：要研究的相對較大的能被感官所察覺

3、熱力學(xué)系統(tǒng)：要研究的相對較大的能被感官所察覺 的物體。熱力學(xué)研究的對象的物體。熱力學(xué)研究的對象. . 外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。外界：熱力學(xué)系統(tǒng)以外的物體。 二、宏觀量與微觀量二、宏觀量與微觀量 1. 宏觀量宏觀量 宏觀描述：對一個系統(tǒng)的狀態(tài)從整體上加以描述的方法。宏觀描述：對一個系統(tǒng)的狀態(tài)從整體上加以描述的方法。 宏觀量：宏觀描述中用到的表征系統(tǒng)狀態(tài)和屬性的物理量。宏觀量：宏觀描述中用到的表征系統(tǒng)狀態(tài)和屬性的物理量。 可用儀器直接測量可用儀器直接測量,可被人的感官察覺?？杀蝗说母泄俨煊X。 如如: V、E 、P、T 、C2. 微觀量微觀量 微觀描述：通過對微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的說明而對系統(tǒng)的狀態(tài)

4、加微觀描述：通過對微觀粒子運(yùn)動狀態(tài)的說明而對系統(tǒng)的狀態(tài)加 以以描述的方法。描述的方法。 微觀量：描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)所用的物理量。微觀量：描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的運(yùn)動狀態(tài)所用的物理量。 如分子的質(zhì)量如分子的質(zhì)量m、直徑、直徑d、速度、動量等。、速度、動量等。 不能直接測量，不能被人的感官察覺。不能直接測量，不能被人的感官察覺。宏觀量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。宏觀量是微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值。A AB B汽汽水水三、平衡態(tài)三、平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)的熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)平衡態(tài)：在：在不受外界影響不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的的條件下，系統(tǒng)的宏宏觀性質(zhì)不隨時間改變觀性質(zhì)不隨時間改變的狀態(tài)。的狀態(tài)。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時

5、，系統(tǒng)的系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，系統(tǒng)的宏觀量宏觀量具有穩(wěn)定值，而單個粒子具有穩(wěn)定值，而單個粒子的的微觀量微觀量在不斷變化。在不斷變化。動態(tài)平衡！動態(tài)平衡！平衡態(tài)是一個理想化模型。平衡態(tài)是一個理想化模型。我們主要研究平衡態(tài)的熱我們主要研究平衡態(tài)的熱學(xué)規(guī)律。學(xué)規(guī)律。注意：注意：平衡態(tài)與穩(wěn)恒態(tài)的區(qū)別：穩(wěn)恒態(tài)不隨時間變化，但與外平衡態(tài)與穩(wěn)恒態(tài)的區(qū)別：穩(wěn)恒態(tài)不隨時間變化，但與外界有能量交換，穩(wěn)恒態(tài)是非平衡態(tài)。界有能量交換，穩(wěn)恒態(tài)是非平衡態(tài)。對平衡態(tài)的理解應(yīng)將對平衡態(tài)的理解應(yīng)將“無外界影響無外界影響”與與“不隨時間變化不隨時間變化”同時考慮，缺一不可。同時考慮，缺一不可。四四、 平衡態(tài)的狀態(tài)參量平衡態(tài)的狀態(tài)參量

6、 確定平衡態(tài)的宏觀性質(zhì)的量稱為狀態(tài)參量。確定平衡態(tài)的宏觀性質(zhì)的量稱為狀態(tài)參量。常用的狀態(tài)參量有四類：常用的狀態(tài)參量有四類：幾何參量（如：氣體體積）幾何參量（如：氣體體積）力學(xué)參量（如：氣體壓強(qiáng)）力學(xué)參量（如：氣體壓強(qiáng)）化學(xué)參量（如：混合氣體各化學(xué)組分的質(zhì)量和摩爾化學(xué)參量（如：混合氣體各化學(xué)組分的質(zhì)量和摩爾 數(shù)等）數(shù)等）電磁參量（如：電場和磁場強(qiáng)度，電極化和磁化強(qiáng)電磁參量（如：電場和磁場強(qiáng)度，電極化和磁化強(qiáng) 度等）度等） 溫度溫度T反映物質(zhì)分子運(yùn)動的劇烈程度。反映物質(zhì)分子運(yùn)動的劇烈程度。 1.2 溫度的概念溫度的概念 AB隔能板隔能板AB導(dǎo)能板導(dǎo)能板 A、B 兩體系互不影兩體系互不影響，各自達(dá)到

7、平衡態(tài)響，各自達(dá)到平衡態(tài)。 A、B 兩體系的平衡態(tài)有兩體系的平衡態(tài)有聯(lián)系，將達(dá)到共同的熱平衡聯(lián)系，將達(dá)到共同的熱平衡狀態(tài)。狀態(tài)。AC導(dǎo)能板導(dǎo)能板B隔能板隔能板 如果兩個系統(tǒng)分如果兩個系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的別與處于確定狀態(tài)的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，則這兩個系統(tǒng)彼衡，則這兩個系統(tǒng)彼此也將處于熱平衡。此也將處于熱平衡。 處于同一平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的處于同一平衡態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)都具有一個共同的宏觀性質(zhì)，這個決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)定義為宏觀性質(zhì)，這個決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀性質(zhì)定義為溫度。溫度。溫度是決定一系統(tǒng)是否與其它系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì)溫度是決定一系統(tǒng)是否與其

8、它系統(tǒng)處于熱平衡的宏觀性質(zhì)。以第以第0 定律為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)定義的溫度是一個宏觀概念，量化定律為實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)定義的溫度是一個宏觀概念，量化之后就成為一個可測量的宏觀量。之后就成為一個可測量的宏觀量。對溫度進(jìn)行量化，首先必須確定溫標(biāo)。對溫度進(jìn)行量化，首先必須確定溫標(biāo)。*：溫度的數(shù)值表示法。溫度的數(shù)值表示法。*：經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo) 熱力學(xué)熱力學(xué)溫標(biāo)溫標(biāo) 國際溫標(biāo)國際溫標(biāo) 1.3 理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo) 熱力學(xué)第三定律熱力學(xué)第三定律1.1.理想氣體模型（宏觀）理想氣體模型（宏觀）在各種壓強(qiáng)下都嚴(yán)格遵守玻意耳定律的氣體在各種壓強(qiáng)下都嚴(yán)格遵守玻意耳定律的氣體玻意耳定律：玻意耳定律：（一定質(zhì)量氣體、溫度不變時）（一

9、定質(zhì)量氣體、溫度不變時）pV = pV = 常量常量2.2.理想氣體溫標(biāo)理想氣體溫標(biāo) 一定質(zhì)量理想氣體一定質(zhì)量理想氣體333VppVTTKT16.2733標(biāo)準(zhǔn)溫度定點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)溫度定點(diǎn)為水的三相點(diǎn)溫度水的三相點(diǎn)溫度3316.273VppVT 例：定體氣體溫度計(jì)例：定體氣體溫度計(jì)316.273ppT TpV 3.3.熱力學(xué)溫標(biāo)（理論溫標(biāo)）熱力學(xué)溫標(biāo)（理論溫標(biāo)）在理想氣體溫標(biāo)有效范圍內(nèi)，在理想氣體溫標(biāo)有效范圍內(nèi)，理想氣體溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)完全一致。完全一致。15.273Tt泡泡B毛細(xì)管毛細(xì)管指示針指示針hMMO水銀水銀體積體積保持保持不變不變 1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰水混合，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

10、下，冰水混合，B 上留一刻痕，上留一刻痕， 水沸騰，再留一刻痕，之間百等份，就是攝氏溫水沸騰，再留一刻痕，之間百等份，就是攝氏溫標(biāo)（標(biāo)（Co）。）。攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)t ：4.熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)第三定律：熱力學(xué)熱力學(xué)零度（絕對零度）不能達(dá)到。零度（絕對零度）不能達(dá)到。000TVpTpV一定質(zhì)量同種理想氣體滿足：一定質(zhì)量同種理想氣體滿足：molmVm/104 .22330 ,RT注：注：R=8.31R=8.31（J/mol.K)J/mol.K)，稱為普適氣體常數(shù)。，稱為普適氣體常數(shù)。 以以m m表示氣體的質(zhì)量，以表示氣體的質(zhì)量，以M M表示氣體的摩爾質(zhì)量，表示氣體的摩爾質(zhì)量，N(N(分子數(shù)密分

11、子數(shù)密度）表示體積度）表示體積V V中的氣體分子數(shù)，中的氣體分子數(shù)，N NA A=6.023=6.02310102323/mol/mol，則，則NkTKJNRkA/1038. 123為摩爾數(shù)為摩爾數(shù)玻爾茲曼常數(shù)：玻爾茲曼常數(shù)：0,0mVVTTVppVM00,0mpVRTRTMRTNNA1.4 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程pnkTn-氣體分子數(shù)密度氣體分子數(shù)密度，單位體積內(nèi)單位體積內(nèi)的分子數(shù)的分子數(shù)。 常用常用P-V P-V 圖中的一條曲線來表示系統(tǒng)的圖中的一條曲線來表示系統(tǒng)的熱力學(xué)過程熱力學(xué)過程，曲線上，曲線上任一點(diǎn)都表示氣體的一個任一點(diǎn)都表示氣體的一個平衡態(tài)。平衡態(tài)。oVP狀態(tài)圖狀態(tài)圖克拉伯龍方程克拉伯龍方程PVPV=R=RT TT T不變不變PVPV=constant=constant；玻；玻馬定律馬定律