2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：熱力學(xué)溫度函數(shù)

熱力學(xué)溫度函數(shù)2熱力學(xué)溫度函數(shù)幾個(gè)概念：1.系統(tǒng)與外界：熱力學(xué)系統(tǒng)（或簡(jiǎn)稱體系或系統(tǒng)）是指一個(gè)宏觀的系統(tǒng)，它一般由大量的微觀粒子組成。指明系統(tǒng)是宏觀的（有大量的微觀粒子），是有限的。32.平衡態(tài)：一個(gè)系統(tǒng)不受外界影響的條件下（孤立系），體系的各部分宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。平衡態(tài)時(shí)微觀的分子、原子仍然處于運(yùn)動(dòng)中，是一種動(dòng)態(tài)平衡→熱動(dòng)平衡

存在微小偏差→漲落→很小→可忽略兩個(gè)系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)：兩個(gè)與外界隔絕的系統(tǒng)，即使通過(guò)共同的固定邊界接觸，也不發(fā)生進(jìn)一步的狀態(tài)變化，那么就稱這兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)。4

熱力學(xué)第零定律：兩個(gè)物體同時(shí)與第三個(gè)物體達(dá)到熱平衡，這兩個(gè)物體也處于熱平衡。是一個(gè)熱力學(xué)公理。定律中的第三系統(tǒng)就是溫度計(jì)。它在測(cè)溫計(jì)數(shù)和建立經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)方面顯然都是非常重要的。溫度T：是表征物體冷熱程度的物理量，與物質(zhì)的性質(zhì)與狀態(tài)有關(guān)。5溫度計(jì)的發(fā)展1953年：意大利伽利略制造了第一支溫度計(jì)，以空氣為測(cè)溫物質(zhì)，由玻璃泡內(nèi)空氣的熱脹冷縮來(lái)表示溫度的高低。61632年：法國(guó)珍.雷（JeanRey），將伽利略的溫度極倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，并注入水，以水為測(cè)溫物質(zhì)，利用水的熱脹冷縮來(lái)表示溫度高低。但管子是開(kāi)口的，因而水會(huì)不斷蒸發(fā)。1657年：意大利佛羅倫薩的西門(mén)圖科學(xué)院的院士，改用酒精為測(cè)溫物質(zhì)，并將玻璃管的開(kāi)口封閉，制造出了避免酒精揮發(fā)也不受大氣壓力影響的溫度計(jì)，同時(shí)選擇了最高和最低的溫度固定點(diǎn)。1659年：巴黎天文學(xué)家布里奧（Boulliau）把西門(mén)圖院士傳到法國(guó)的溫度計(jì)充以水銀，而制造出第一支水銀溫度計(jì)。1660年到1700年期間：波義耳和其助理虎克（RobertHooke），甚至牛頓本人均認(rèn)識(shí)到制定溫標(biāo)的重要性，雖然他們沒(méi)有對(duì)溫度計(jì)制定溫標(biāo)，但對(duì)溫度計(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)卻是非常重要的。1702年：阿蒙頓（GuillaumelAmontons）仿伽利略的方法制出一個(gè)裝有水銀的Ｕ型且與大氣壓力無(wú)關(guān)的氣體溫度計(jì)，與現(xiàn)今標(biāo)準(zhǔn)氣體溫度計(jì)相近。71714年：荷蘭氣象學(xué)家華倫海特（GabrielDannielFahrenheit）制作出第一批刻度可靠的溫度計(jì)（有水銀的，也有酒精的）。他選用三個(gè)溫度固定點(diǎn)：（1）零度是冰水和氯化銨混合物的溫度；（2）32度是冰水混合物的溫度；（3）96度是人體的溫度。

1724年他測(cè)量水的沸點(diǎn)為212度。現(xiàn)代人把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)之間標(biāo)以180刻度，就是華氏溫標(biāo)℉。1742年：瑞典天文學(xué)家聶耳休斯（AndersCelsius）引進(jìn)百分刻度法，他把水的沸點(diǎn)定為零度，水的冰點(diǎn)定為100度，此即所謂攝氏溫標(biāo)。其同事斯特莫（Stromer）把這兩個(gè)溫度值倒過(guò)來(lái)即成為近代所用的攝氏溫標(biāo)。8理想氣體溫標(biāo)：在壓強(qiáng)趨于零的極限下，用任何氣體作為測(cè)溫物質(zhì)都趨于一個(gè)共同的極限溫標(biāo)T。

單位：K(開(kāi)）熱力學(xué)溫標(biāo):引入一種不依賴任何具體物質(zhì)特性的溫標(biāo)，攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的數(shù)值關(guān)系:t=T-273.15單位：℃攝氏度定容溫度計(jì)（溫標(biāo)）:規(guī)定水的三相點(diǎn)：273.16K9溫度狀態(tài)函數(shù)處在平衡狀態(tài)下的兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)分別存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù)，而且這兩個(gè)狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值相等，即它就是溫度T。(處于熱平衡的物體有一共同的性質(zhì)：T)10證明：考慮簡(jiǎn)單系統(tǒng)，設(shè)系統(tǒng)C處在熱平衡狀態(tài)，且系統(tǒng)C與系統(tǒng)A達(dá)到熱平衡。Vc、Pc、VA、PA分別是描述兩系統(tǒng)的狀態(tài)參量，四個(gè)變量之間存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系：

fAC(PA,VA;PC,VC)=0，則：

Pc=FAC(PA,VA;VC)若系統(tǒng)B（VB,PB）與系統(tǒng)C（VC,PC）達(dá)到熱平衡，同樣存在函數(shù)關(guān)系：

fBC(PB,VB;PC,VC)=0

則：

PC=FBC(PB,VB;VC)11若A、B與C達(dá)到熱平衡，則FAC(PA,VA;VC)=FBC(PB,VB;VC)由熱平衡定律知，A與B也必平衡,即fAB(PA,VA;PB,VB)=0可簡(jiǎn)化為：gA(PA,VA)=gB(PB,VB)經(jīng)驗(yàn)表明：兩物體達(dá)到熱平衡時(shí)具有相同的冷熱程度——溫度，故g(P,V)，即系統(tǒng)的溫度。即熱平衡的兩個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)A和B分別存在一個(gè)狀態(tài)函數(shù)gA和gB，且這兩個(gè)狀態(tài)函數(shù)的數(shù)值相等，這個(gè)狀態(tài)函數(shù)就是T=g(p,V).

因此，Brown粒子的運(yùn)動(dòng)方程為該式稱為L(zhǎng)angevin方程．可解得該式稱為Einstein公式．它指出,在時(shí)間間隔t內(nèi),Brown粒子位移的方均值與時(shí)間間t隔成正比.Brown運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散的關(guān)系擴(kuò)散是由于粒子在空間的分布不均勻所引起的．假設(shè)Brown粒子的密度不均勻，以n(r,t