第一章温度
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第一章温度（Temperature）⏹1.1 平衡态状态参量⏹1.2 温度⏹1.3气体的状态方程1.1平衡态状态参量⏹一、平衡态（equilibrium state）⏹系统与外界1.热力学系统（简称系统）:在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体。
1).它包含极大量的分子、原子。
2)以阿佛加德罗常数N A=6.023×1023/mol计。
2.系统的外界（简称外界）:能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。
例：若汽缸内气体为系统，其它为外界热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。
平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。
实例：理想气体绝热自由膨胀。
平衡态是一个理想化模型，主要研究平衡态的热学规律。
与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但由于有外界的影响，故在系统内部存在能量流或粒子流。
稳恒态是非平衡态。
对平衡态的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”同时考虑，缺一不可。
稳恒态实例：100 o c 0 o c金属杆注意热动平衡:平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不停的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡。
动态平衡:处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。
这称为动态平衡。
箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。
状态参量——平衡态的描述确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量（state vaviable）。
常用的状态参量有四类：几何参量（如：气体体积）力学参量（如：气体压强）化学参量（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数等）电磁参量（如：电场和磁场强度，电极化和磁化强度等）注意：在一般情况下，我们需用这四种参量来描述热力学系统的平衡态。
究竟用哪几个参量才能对系统的状态描述完全，是由系统本身的性质决定的。
如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。
此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或pv系统）。
注意：在一般情况下，我们需用这四种参量来描述热力学系统的平衡态。
究竟用哪几个参量才能对系统的状态描述完全，是由系统本身的性质决定的。
如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。
此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或pv系统）。
1.2温度（Temperature ） 热平衡（themal equilibrium）将两个分别处于平衡态的系统A和B用一刚性隔板分隔开。
若隔板为“绝热板”（如图(a)），则A，B两系统的状态可独立地变化而互不影响，各自达到平衡态。
厚木板，石棉板等都可视为绝热板。
(a)绝热板AB若隔板为“导热板”（如图(b)），则A,B两系统状态不能独立地改变, 一个系统状态的变化会引起另一系统状态的变化,金属板即为导热板。
通过导热板两个系统的相互作用叫热接触。
A B导热板(b)热平衡（themal equilibrium）:发生热接触的两个平衡态, 经过足够长的时间所达到的共同的热平衡状态.AB C设A和B、B和C分别热平衡，则A和C一定热平衡。
⏹热力学第零定律（Zeroth law of themodynamics）如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。
这个定律反映出，处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有共同的宏观性质。
定义这个决定系统热平衡的宏观性质为温度。
第零定律为建立温度概念提供了实验基础。
⏹温度（temperature）互为热平衡的几个热力学系统，必然具有某种共同的宏观性质，我们将这种决定系统热平衡的宏观性质定义为温度。
温度是决定一系统是否与其它系统处于热平衡的宏观性质, 其特征在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
温度是状态的函数，在实质上反映了组成系统大量微观粒子无规则运动的激烈程度。
实验表明，将几个达到热平衡状态的系统分开之后，并不会改变每个系统的热平衡状态。
这说明，热接触只是为热平衡的建立创造条件，每个系统热平衡时的温度仅决定于系统内部大量微观粒子无规运动的状态。
换句话说，温度反映了系统本身内部热运动状态的特征。
一切互为热平衡的物体都具有相同的温度，这是用温度计测量温度的依据。
温度是热学中特有的物理量，它决定一系统是否与其他系统处于热平衡。
处于热平衡的各系统温度相同。
温标（temperature scale）以第0 定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后就成为一个可测量的宏观量。
对温度进行量化，首先必须确定温标。
*温标定义：温度的数值表示法。
*温标分类：经验温标理论温标国际温标经验温标建立经验温标三要素：1. 选择物质测温属性X:如保持等容的气体的压强p;保持定压的气体的体积V;电阻R等。
2.规定温度T与测温属性X之间的函数关系，通常假定为线性关系，如：T(x)=a.X3. 规定一个标准点：1954年起，水的三相点温度（273.16k) 被取为标准点。
三相点指冰、水、汽共存的状态，这点的温度可由三相点瓶胆取得。
一般说来，任一物质的任一物理属性，只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化，都可选用来标志温度，即制作温度计。
液体温度计：利用液体的体积随温度改变的性质制成的，即用液体的体积来标志温度。
这种温度计一般采用摄氏（Celsius）温标。
A. 0度：冰点，即纯冰和纯水在一个标准大气压下达到平衡时的温度。
B. 100度：汽点，即纯水和水蒸气在蒸气压为一个标准大气压下达到平衡时的温度。
C. 认定液体体积随温度作线性变化。
下表为几种常用温度计及其选用的测温属性需要一个作为统一标准的温标 思考：用各种不同的温度计测量同一对象的温度时，所得的结果是否相同呢？理想气体温标各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都是一致的，如果我们规定某物质的某种测温属性与温度成线性关系，则其他测温属性与温度的关系就不可能是线性的。
因此，用不同的测温物质或同一物质的不同性质建立温标往往不一致。
气体温度计h测温泡P0气体温度计有两种，一是定容气体温度计（气体的体积保持不变，压强随温度改变），一是定压气体温度计（气体的压强保持不变，体积随温度改变）。
右图为定容气体温度计示意图。
测温物质：某种气体测温属性：气体体积不变时气体的压强P线性关系：Tv(p)=a .p (1)（a为比例系数，可根据纯水的三相点的温度来确定）将测温泡置于纯水三相点瓶胆中，平衡后测得泡内气体压强为Ptr此时泡内气体的温度为273.16k由（1）式得：a=273.16k/P tr (2)定容气体温标P tr表示气体在三相点时的压强（2）代入（1）得：T v(p)=273.16k . P/P tr利用此式，根据温度计中气体压强P，可确定待测系统的温度T v(P)。
定容气体温度计常用的气体有氢、氦、氧和空气等，对于不同的气体所确定的温标，除根据规定对水的三相点的读数相同外，对其他温度的读数也相差很少，而且这些微小的差别在温度计所用的气体极稀薄时逐渐消失。
结论：气体的压强p tr 越低，即测温泡内的气体越稀薄，不同气体的定容温标的差别越小；当压强p tr 趋于零时，各种气体定容温标的差别完全消失，给出相同的温度值：Kp T s p tr 15.373)(lim 0=→定压气体温标与定义定容气体温标相似，可定义定压气体温标为：T p(v)=273.16k . v/v trv tr表示气体在水的三相点时的体积结论：定压气体温标具有定容气体温标相同的特点。
即用不同气体建立的温标只有微小的差别，随着气体压强的降低这种差别逐渐消失，而且在压强趋于零时不同的温标趋于共同的极限limT(V)。
无论用什么气体，无论是定容还是定压，所建立的温标在气体压强趋于零时都趋于一共同的极限值。
这个极限温标叫做理想气体温标，其定义式为：理想气体温标（ideal gas thermometric scale）trP PPlimK16.273Ttr→⨯=（体积V不变）trP VVKTlim16.273→⨯=（压强p不变）理想气体温标利用了气体的性质，因此在温度低于液化温度时，此温标便失去意义。
能测量的最低温度为0.5 K ( 低压3He气体）。
热力学温标（thermodynamical scale）⏹能否建立一种完全不依赖于任何测温物质的理想温标呢？⏹热力学温标是建立在第二定律基础上，不依赖于何物质的特性的温标。
⏹热力学温度国际单位为“开尔文”，简称开记为K⏹根据定义，1开等于水的三相点的热力学温度的1/273.16。
⏹可证明在理想气体温标有效范围内，热力学温标理想气体温标完全一致。
⏹常用的摄氏温标t（︒C)定义：t = T-273.15三相点与冰点相同吗？⏹华氏温标t F（︒F)定义：t F=32+9t/5误差知识在解算热学习题时，有些学生认为计算结果中保留的位数越多，计算就越准确，因此他们“不辞劳苦”、“精心运算”，所得数值常可达小数点后六、七位之多，其实。
这样多的位数并非准确、因为物理量的数值来源于实验测量，测量值的准确度决不可能超出仪器的准确度允许的范围，该数只能记到一定的位数。
多记了没有意义，少记了不能如实地反映测量结果的准确度。
有效数字正是反映了所用实验仪器的准确程度，有人在解题时算得温度为283.4257683开。
显然，实验所用的温度计不可能测得这么准确的数值，一般只能精确到0.01开。
所以上述计算结果虽花费了精力，但并不表示它是很精确的。
为了使解题迅速、准确，避免估算过程过于繁冗而浪费时间，我们必须正确进行有效数字的运算，下面归纳整理几条物理中近似计算的常用原则，以供参考：（1）有效数字的位数与单位的选取无关，同小数点的位置无关。
我们常这样来确定数字中的零算不算有效数字：从左边起第一个非0数字以左的所有的零都不是有效数字，以右的所有的零都算作有效数字。
例如54.0毫米与5.40厘米、0.0540米都是三位有效数字。
（2）在加减法运算中，先取参加运算的各数中小数点后面位数最少的一个作标准，将其它各数中过多的小数位数略去，然后再进行运算。
例如，某混合气体中，氧的分压强为2.58厘米水银柱高，氦的分压强为74.5厘米水银柱高，氩的分压强为0.614厘米水银校高，则混合气体的压强为：2.58＋74.5十0.614＝2.6十74.5＋0.6＝77.7（厘米水银柱高）（3）在乘除法运算中，所得结果的有效数字位数应与参加运算中的各数中有效数字位数最少的相同。
