大學物理演示(熱學)1(趙)

熱的本質（熱是什么？）一、熱質學說熱是無質量的某種特殊物質。熱質說成功地解釋了溫度變化、熱傳導。改進蒸汽機、建立傅立葉熱傳導理論、卡諾定理等等。在某一時期是成功的！法國科學家伽桑狄----“熱原子”、“冷原子”。1789年化學家拉瓦西將“熱質”和“光”列為無機界23種元素之中緒論二、熱質說的否定熱質說是錯誤的！三、熱的本質-----熱運動說（熱動說）熱是組成物質的微觀粒子運動的表現?！盁豳|說”和“熱動說”，經歷了近兩百年的爭論。19世紀熱力學第一定律建立，“熱動說”取得決定性勝利磨擦生熱試驗否定熱質說英國倫福得（Count.Rumford），用鉆頭鉆炮筒試驗英國的戴維（HumphreyDavy），真空中的兩塊冰摩擦試驗從15世紀，對熱的本質就存在另一種說法---熱的運動說波義爾、胡克、牛頓都從各方面論述了熱動說一、中國古代熱學成就火的發(fā)明和利用是人類認識和掌握熱學最早知識萌芽。170萬年前，元謀人開始用火，世界最早。6000年前，仰韶文化（陜西半坡村出土）火應用于生產，燒制陶器。古代測量熱分為冰、寒、涼、溫、熱幾個等級。（溫度概念還沒出現）。“爐火純青”--1200℃，（在鑄青銅）。東漢王允《論衡》熱傳導，蒸發(fā)、液化、凝固。熱的本質：五行說，熱是一種基本物質元素。木性藏火…鉆木而生火（北宋劉晝）熱是能量，可以做功，走馬燈，（秦代發(fā)明）熱學的發(fā)展史二、近代熱學的開端18世紀70年代—19世紀30年代，在歐洲第一次工業(yè)革命，以蒸汽機等機器代替人力為標志。瓦特（Watt，1736—1819），用五年時間在1768年制成實用蒸汽機1785年，蒸汽機用于紡織業(yè)，1807年用于輪船，1825年用于火車和鐵路。提高蒸汽機的效率的研究，推動了熱學的發(fā)展，形成了計溫學、量熱學、熱本質研究、熱力學、分子運動學和統(tǒng)計力學等等，構成了近代物理學中的熱學。我們的課程將講授這些內容神州飛船系列中熱學的重要性熱學的基本內容一個系統(tǒng)兩個方面兩種途徑兩種方法若干規(guī)律熱系統(tǒng)（氣體系統(tǒng)）系統(tǒng)的狀態(tài)系統(tǒng)的過程宏觀微觀熱力學方法統(tǒng)計力學方法宏觀微觀熱力學方法統(tǒng)計力學方法熱學是研究物質熱現象規(guī)律的學科《熱學》

李椿《熱力學·統(tǒng)計物理》

汪志誠《新概念物理教程》熱學趙凱華《物理學》(Physics)第一卷

R.Resnick,D.Halliday

………主要參考書物質的微觀模型1.宏觀物體由大量微?！肿?原子)組成的2.物質的分子在永不停息地做無序熱運動3.物質的分子存在相互作用力擴散布朗運動合力斥力引力O20.1統(tǒng)計規(guī)律與概率理論20統(tǒng)計物理學基礎

統(tǒng)計方法的一般概念20.1.1.伽爾頓板實驗:---大量偶然事件整體所遵從的規(guī)律.伽爾頓板實驗:單個粒子運動----偶然事件(落入那個槽)大量粒子運動-----統(tǒng)計規(guī)律(粒子在槽中的分布)氣體系統(tǒng)的特點：大量，雜亂無章（布朗運動），無法建立動力學方程實驗發(fā)現，大量分子運動符合統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律特點:(2)是與單個粒子遵循的動力學規(guī)律有本質區(qū)別的新規(guī)律.(3)與系統(tǒng)所處宏觀條件有關.(4)存在起伏(漲落).（漲落是一個學科方向）20.1.2概率（幾率）的基本性質實驗總觀測次數為N,其中出現結果A的次數為NA

事件A出現的概率(1)對大量偶然事件有效,對少量事件不適用。概率是用來衡量偶然事件出現可能性大小的量概率的基本性質(1)W=0為不可能事件;W=1為必然事件.(2)A,B為互斥事件,不可能同時出現,則出現A或B的總概率:---概率疊加原理（3）歸一化條件:對所有可能發(fā)生的事件的概率之和必為1.或(4)J,K為相容事件(可同時出現），則同時發(fā)生J和K的概率.----概率乘法定理20.1.3統(tǒng)計平均系統(tǒng)的宏觀量是在測量時間內,系統(tǒng)所有微觀狀態(tài)中相應的微觀量的統(tǒng)計平均值!統(tǒng)計平均值對物理量M進行N次測量，其統(tǒng)計平均值為W是Mi的概率熱學的研究對象：大量微觀粒子組成的宏觀體系熱力學系統(tǒng)或簡稱系統(tǒng)宏觀量:如:氣體的V,P,T...描述系統(tǒng)整體特征的物理量.微觀量:如:粒子的系統(tǒng)中描述單個粒子特征的物理量.宏觀狀態(tài)參量阿伏伽德羅常數

NA=6.023×1023/mol20.2.1微觀量與宏觀量20.2統(tǒng)計物理學基礎平衡態(tài)：在不受外界影響的條件下，一個系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間改變的狀態(tài)。動態(tài)平衡20.2.2平衡態(tài)與非平衡態(tài)真空膨脹1）單一性;2）穩(wěn)定性；3）自發(fā)過程的終點；4）熱動平衡.平衡態(tài)的特點系統(tǒng)處于平衡態(tài)時,系統(tǒng)的宏觀量具有穩(wěn)定值,而單個粒子的微觀量在不斷變化.4.平衡態(tài)是概率最大的狀態(tài)abcd4個可分辨熱運動粒子，在等容體A,B兩室中：（中間隔板打開）ABABabcdabcdabdcacdbbcdaabcdacbdbcadabcdacbcbdadabcabdacdbcddcbaabcd14641(平衡態(tài)概率最大)20.2.3理想氣體壓強公式理想氣體分子模型1）分子作完全無規(guī)則熱運動。2）分子大小可以忽略。3）分子間作用力（除碰撞外）可以忽略。4）分子間，分子與器壁間完全彈性碰橦。推導中用到的統(tǒng)計概念和統(tǒng)計假設:①在平衡態(tài)下分子按位置的分布是均勻的②平衡狀態(tài)下分子沿任何方向的運動都不占優(yōu)勢，因而有:V--氣體分子自由活動的空間；p--分子碰撞器壁的集體表現速度在的分子一次碰撞ds后的動量變化為dt時間內,凡是在底面積為ds,高為vixdt

的斜柱體內,推導理想氣體壓強公式的分子都能與ds相碰.而且速度在這些分子作用于ds沖量為dt內各種速度分子對ds的總沖量為:vdsxvixdt因而壓強dsxvi=2vix壓強所以其中為分子的平均平動動能平衡狀態(tài)下分子沿任何方向的運動都不占優(yōu)勢討論；1）壓強公式將宏觀量p和微觀量i的統(tǒng)計平均值聯系在一起2）有一定分布（平衡態(tài)）3）闡明了p的微觀本質（定性、定量）4.溫度----分子雜亂無章的熱運動的平均