高二物理競賽平衡態(tài)狀態(tài)參量課件

第一章溫度一、平衡態(tài)○系統(tǒng)：研究的具體對象○外界：與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體

1.熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的微觀粒子組成的物體或物體系系統(tǒng)與外界是絕對的嗎？§1、

平衡態(tài)狀態(tài)參量○開放系統(tǒng)：與外界有物質(zhì)交換有能量交換的系統(tǒng)；○孤立系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換無能量交換的系統(tǒng)；○封閉系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換有能量交換的系統(tǒng)；○絕熱系統(tǒng)：與外界無物質(zhì)交換有？？交換的系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)與外界的相互作用小到可忽略時(shí)，可近似當(dāng)作孤立系統(tǒng)。在不受外界影響的條件下（，），系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的熱力學(xué)狀態(tài)。

2.熱力學(xué)平衡態(tài)熱力學(xué)狀態(tài)：質(zhì)量一定的熱力學(xué)系統(tǒng)，在一定條件下總以某種形式存在，稱熱力學(xué)狀態(tài)。熱力學(xué)平衡態(tài)（平衡態(tài)，熱動(dòng)平衡）：ABAB末態(tài)(平衡態(tài))

中間態(tài)(非平衡態(tài))絕熱容器初態(tài)(平衡態(tài))

真空隔板氣體自由膨脹p與穩(wěn)恒態(tài)的區(qū)別，穩(wěn)恒態(tài)不隨時(shí)間變化，但由于有外界的影響，故在系統(tǒng)內(nèi)部存在能量流或粒子流。穩(wěn)恒態(tài)是非平衡態(tài)。對平衡態(tài)的理解應(yīng)將“無外界影響”與“不隨時(shí)間變化”同時(shí)考慮，缺一不可。100oc0oc金屬桿金屬桿就是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)平衡態(tài)的定義，雖然桿上各點(diǎn)的溫度將不隨時(shí)間而改變，但是桿與外界（冰、沸水）仍有能量的交換。一個(gè)與外界不斷地有能量交換的熱力學(xué)系統(tǒng)所處的狀態(tài)，顯然不是平衡態(tài)而是穩(wěn)定態(tài)。注意：不能單純把是否宏觀狀態(tài)不隨時(shí)間變化或是否處處均勻一致看作平衡態(tài)與非平衡態(tài)的判別標(biāo)準(zhǔn)?！鹣到y(tǒng)內(nèi)部各部分不發(fā)生宏觀的相對運(yùn)動(dòng)——不作功○系統(tǒng)同外界及系統(tǒng)各部分之間無熱交換——不傳熱○系統(tǒng)呈多相（氣、液、固相），其各相不變——熱平衡；——力學(xué)平衡；——相平衡；——化學(xué)平衡。熱力學(xué)系統(tǒng)呈現(xiàn)平衡態(tài)的條件：○系統(tǒng)含多種化學(xué)成分，其化學(xué)組成不變

3.平衡態(tài)的特點(diǎn)：○單一性（p、T處處相等）；○物態(tài)的穩(wěn)定性（與時(shí)間無關(guān)）；○微觀上，粒子熱運(yùn)動(dòng)永不停息——熱動(dòng)平衡；○不受外界影響的系統(tǒng)實(shí)際不存在——平衡態(tài)概念是相對的理想化情況。理想模型：平衡態(tài)是一定條件下對實(shí)際情況的概括和抽象。

自然界中平衡是相對的、特殊的、局部的與暫時(shí)的，不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經(jīng)常的。二、狀態(tài)參量

系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，一些可用以確定其性質(zhì)的宏觀物理量?！馉顟B(tài)參量用以表征系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)；○狀態(tài)參量可測量，但須系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，否則無意義；○幾何參量V、力學(xué)參量p、化學(xué)參量ν、和電磁參量等。在平衡時(shí)，均是與時(shí)間和空間位置無關(guān)的參量。注意：

如果在所研究的問題中既不涉及電磁性質(zhì)又無須考慮與化學(xué)成分有關(guān)的性質(zhì)，系統(tǒng)中又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則不必引入電磁參量和化學(xué)參量。此時(shí)只需體積和壓強(qiáng)就可確定系統(tǒng)的平衡態(tài)，我們稱這種系統(tǒng)為簡單系統(tǒng)（或pV系統(tǒng)）。大爆炸后宇宙溫度

1039℃氫彈爆炸中心

108℃太陽中心

1.5107℃地球中心

4000℃月亮向陽面

127oC吐魯番盆地最高溫度

50oC穿衣保持最佳舒適感時(shí)，皮膚平均溫度

33℃地球表面平均溫度

15oC水的三相點(diǎn)

0.01℃最低溫度？最高溫度？激光管內(nèi)正發(fā)射激光的氣體

<-273.15oC(負(fù)溫度)地球最低氣溫

-130℃氦在一大氣壓下的沸點(diǎn)

-270.15oC～-268.15oC理論最低溫度

-273.15oC二、熱平衡定律（熱力學(xué)第零定律）

若隔板為“導(dǎo)熱板”（如圖b），則A，B兩系統(tǒng)狀態(tài)不能獨(dú)立地改變，一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的變化會(huì)引起另一系統(tǒng)狀態(tài)的變化。金屬板即為導(dǎo)熱板。通過導(dǎo)熱板兩個(gè)系統(tǒng)的相互作用叫熱接觸。

通過導(dǎo)熱板進(jìn)行熱接觸的兩個(gè)系統(tǒng)組成一復(fù)合系統(tǒng)，當(dāng)復(fù)合系統(tǒng)達(dá)到平衡態(tài)時(shí)，我們就說兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡。若兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與處于確定狀態(tài)的第三個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則這兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)彼此也處于熱平衡。ACBACB（1）（2）AB在與外界影響隔絕的條件下，兩物體通過熱接觸后達(dá)到平衡態(tài)，兩物體已經(jīng)建立了熱平衡。AB絕熱壁思考：在與外界影響隔絕的條件下，如果處于確定狀態(tài)下的物體C分別與物體A、B處于熱平衡，那么物體A和B處于熱平衡嗎？○處于同一熱平衡狀態(tài)的所有熱力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有某種共同的宏觀性質(zhì)；○表征系統(tǒng)處于同一熱平衡狀態(tài)這一宏觀性質(zhì)的物理量是一個(gè)狀態(tài)函數(shù)——溫度；說明：○溫度是熱學(xué)中特有的物理量，它決定某一系統(tǒng)與其它系統(tǒng)是否處于熱平衡。一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度?！饻囟确从辰M成系統(tǒng)的大量微觀粒子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。實(shí)驗(yàn)表明，將幾個(gè)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)分開之后，并不會(huì)改變每個(gè)系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)。這說明，熱接觸只是為熱平衡的建立創(chuàng)造條件，每個(gè)系統(tǒng)熱平衡時(shí)的溫度僅決定于系統(tǒng)內(nèi)部熱運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。思考：

請用溫度的概念解釋日常對冷熱的體驗(yàn)：

三、溫