热学教程第一章PPT课件
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热学课件
第一章
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4
温度
平衡态 状态参量 热力学第零定律和温度 温标的建立 理想气体状态方程
一、平衡态 1、经验表明，一个孤立系统经过足够长的时间，将会达到这样一
种状态，系统将趋于均匀，各种宏观性质在长时间内不再发生变 化，这种状态称为热力学平衡态，不符合以上条件的状态称为非 平衡态．
二、温度的概念
为了表征“同一热平衡状态的所有系统具有的相同的 宏观性质”，引入了温度这个物理量。 1、 温度的概念：描述处于同一热平衡状态的所有系统具有相 同宏观性质的物理量。 温度决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。它 的基本特征在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度值。
2、说明
1）温度概念的建立基于热力学第零定律。 2）为制造温度计和判断温度的高低提供理论根据。 3）温度决定于系统内部热运动状态，是宏观状态函数。 4）物体的冷热程度，微观上反映热运动的剧烈程度。 1 2 3 K mv kT 2 2 5）温度是不可加量——强度量。
p pi — 条件：理想气体等温等容混合
i 1
n
2、混合理想气体的状态方程
由：piV Mi
i
RT , 得 Mi ) RT pV nRT
（ pi）V (
i i
i
n
Mi
i
由：piV
Mi
i
RT , 得 Mi ) RT pV nRT
（ pi）V (
1 V V T p
1 p p T V
1 V T V p
T
③用统计物理理论导出.
二、理想气体及其状态方程
1、理想气体状态方程 通过实验，作出pv/T－p的关系曲线， 如图1.10（a）、(b)。v为摩尔体积。 结论：理想气体满足 pv R或 pv RT
§1-1 §1-2 §1-3 §1-4
温度
平衡态 状态参量 热力学第零定律和温度 温标的建立 理想气体状态方程
一、平衡态 1、经验表明，一个孤立系统经过足够长的时间，将会达到这样一
种状态，系统将趋于均匀，各种宏观性质在长时间内不再发生变 化，这种状态称为热力学平衡态，不符合以上条件的状态称为非 平衡态．
二、温度的概念
为了表征“同一热平衡状态的所有系统具有的相同的 宏观性质”，引入了温度这个物理量。 1、 温度的概念：描述处于同一热平衡状态的所有系统具有相 同宏观性质的物理量。 温度决定一系统是否与其它系统处于热平衡的物理量。它 的基本特征在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度值。
2、说明
1）温度概念的建立基于热力学第零定律。 2）为制造温度计和判断温度的高低提供理论根据。 3）温度决定于系统内部热运动状态，是宏观状态函数。 4）物体的冷热程度，微观上反映热运动的剧烈程度。 1 2 3 K mv kT 2 2 5）温度是不可加量——强度量。
p pi — 条件：理想气体等温等容混合
i 1
n
2、混合理想气体的状态方程
由：piV Mi
i
RT , 得 Mi ) RT pV nRT
（ pi）V (
i i
i
n
Mi
i
由：piV
Mi
i
RT , 得 Mi ) RT pV nRT
（ pi）V (
1 V V T p
1 p p T V
1 V T V p
T
③用统计物理理论导出.
二、理想气体及其状态方程
1、理想气体状态方程 通过实验，作出pv/T－p的关系曲线， 如图1.10（a）、(b)。v为摩尔体积。 结论：理想气体满足 pv R或 pv RT
《热力学1章》课件
热量
热量指的是在热传递过程中传递 的能量，单位是焦耳。热量是能 量转移的过程，表示物体之间热 能传递的多少。
热能和其他形式能量的转换
热能与其他形式能量的转换
热能可以与其他形式的能量相互转换，如机械能、电能和化学能等。热力学第 一定律指出，能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一 种形式。
研究环境中的热力学过程和能量 转换规律，为环境保护提供理论
支持。
THANKS
感谢您的观看
恒。
推导过程中涉及到的概念和原理 还包括：热量、温度、功等。
热力学第一定律的应用
01
02
03
应用领域
热力学第一定律在能源、 化工、环境、航空航天等 领域都有广泛的应用。
具体应用
如燃烧过程、蒸汽机工作 原理、制冷技术等都遵循 热力学第一定律，即能量 的转换与守恒。
注意事项
在实际应用中，需要考虑 到能量的损失和效率问题 ，以及如何提高能量的利 用率。
02
通过分析分子运动和热传导等现 象，我们可以推导出热力学第二 定律，它限制了热量自发地从低 温物体传到高温物体的可能性。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律在能源利用、制 冷技术、空调等领域有广泛应用
。
它指导我们如何更有效地利用能 源，例如在发电站中，通过提高 蒸汽机的效率来减少热量损失，
从而提高发电效率。
制冷技术
制冷技术是热力学的另一个重要应用领域，如空调、冰箱和工业制冷等
。制冷技术利用物质的相变和热力学原理实现物体的冷却和温度控制。
03
化工生产
化工生产中许多工艺过程都涉及到热力学原理，如蒸馏、萃取、结晶和
化学反应等。了解和掌握热力学原理有助于优化化工生产过程，提高产
热量指的是在热传递过程中传递 的能量，单位是焦耳。热量是能 量转移的过程，表示物体之间热 能传递的多少。
热能和其他形式能量的转换
热能与其他形式能量的转换
热能可以与其他形式的能量相互转换，如机械能、电能和化学能等。热力学第 一定律指出，能量不能凭空产生也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一 种形式。
研究环境中的热力学过程和能量 转换规律，为环境保护提供理论
支持。
THANKS
感谢您的观看
恒。
推导过程中涉及到的概念和原理 还包括：热量、温度、功等。
热力学第一定律的应用
01
02
03
应用领域
热力学第一定律在能源、 化工、环境、航空航天等 领域都有广泛的应用。
具体应用
如燃烧过程、蒸汽机工作 原理、制冷技术等都遵循 热力学第一定律，即能量 的转换与守恒。
注意事项
在实际应用中，需要考虑 到能量的损失和效率问题 ，以及如何提高能量的利 用率。
02
通过分析分子运动和热传导等现 象，我们可以推导出热力学第二 定律，它限制了热量自发地从低 温物体传到高温物体的可能性。
热力学第二定律的应用
热力学第二定律在能源利用、制 冷技术、空调等领域有广泛应用
。
它指导我们如何更有效地利用能 源，例如在发电站中，通过提高 蒸汽机的效率来减少热量损失，
从而提高发电效率。
制冷技术
制冷技术是热力学的另一个重要应用领域，如空调、冰箱和工业制冷等
。制冷技术利用物质的相变和热力学原理实现物体的冷却和温度控制。
03
化工生产
化工生产中许多工艺过程都涉及到热力学原理，如蒸馏、萃取、结晶和
化学反应等。了解和掌握热力学原理有助于优化化工生产过程，提高产
热学 张玉民 第一章课件
282
斤
低温 超导 完全抗磁性
宏观物体的电、磁性质与物体的冷热状态相关
物 体 辐 射 红 外 线 与 温 度 有 关
夜视仪下图像
热能镜下图像
宏观物体的光学性质与物体的冷热状态相关
宏观物体的几何性质、力学性质、电磁性质、 光学性质、化学性质乃至其存在的状态等等都 与物体的冷热状态相关。 热现象是自然界中一种普遍现象，研究宏观 物体热现象的基本规律及其应用，是“热学” 这门学科的基本任务．
二、分子动理论
1 宏观物体是由大量分子（广义）组成的。 2 分子永不停息地做无规则运动，剧烈程度与温度有关， 称为热运动
固体
液体
气体
气体分子之间的平均间距要比固、液的分子 之间平均间距大一个数量级．
分子热运动的实验事实：
（1） 扩散现象 说明：分子不停地做无规则运动, 同时也说明分子间有间隙 （2） 布朗运动 悬浮在液体或气体中的固体微粒（如花粉、尘埃）不停 地做无规则运动，称之为布朗运动。（注意主语） 原因：悬浮的花粉、尘埃受到做无规则运动的液体或气体 分子的不停碰撞，等效于受到无规则力作用。 布朗运动剧烈程度的决定因素： ①布朗粒子的大小 ②液体（或气体）的温度 反映出：液体或气体在做热运动。
4 现象：所有与热现象有关的过程，都有一定的自发进行 方向，譬如两个冷热不同的物体热接触后，总是自发地 按热物变冷和冷物体变热的方向进行，而反向过程，即 热物体变得更热而冷物体变得更冷的过程不会自发地发 生；运动物体可以自发地消耗其动能以克服摩擦力做功 使物体变热，而使静止的物体自发地变冷一点并使物体 增加动能运动起来是不能自发发生的；装在连通器里的 不同气体(或液体)，可以白发地相互扩散以达到均匀混合 状态，但已扩散均匀的混合气体．是不会自发地再彼此 分离开来的。总之，自然界实际发生的所有热现象过程 都是不可逆过程，都有一定的自发进行方向、其逆过程 是不会自发发生的 归纳出：热力学第二定律（方向性，定义熵）
热学教程第一章平衡态;热零律和温度;温标;理气方程
这说明：在压强极低的极限情况下，气体温度 计只取决于气体的共性，而与特定气体的特殊性 质无关。根据气体在P→0的极限情况下遵循的普 遍规律建立的温标，称为理想气体温标。
上页 下页
2．理想气体温标 P T 273.16K lim 定容：
ptr 0 P tr
定压：
V T 273.16K lim p 0V tr
上页 下页
由于气体温度计设备复杂,而且受到测温范围 的限制,不能满足科学技术上的需要.为了便于温 度的实际测量,国际上决定采用国际实用温标来逼 近热力学温标。 由于摄氏温标是历史上沿用已久的一种温标, 为了温标的统一,1960年国际计量大会规定由热 力学温标重新定义摄氏温标：
t T 273.15
三、热力学温标 完全不依赖于任何测温物质及其特殊性质的 温标。它是一种理想温标,无法直接实现(在第三章
引入)。
理想气体温标在 它所确定的测温范 围内与热力学温标 完全一致
理想气体温标在 所确定的测温范围 内实现了热力学温 标
所以：两种温标的温度都用T 表示,单位都 用K,而不再加以区分。 热力学温标所确定的温度叫热力学温度。
T T ( P ,V )
上页 下页
也可以写成隐函数的形式：
f ( P ,V , T ) 0
此即为物态方程或称为状态方程，具体形式 由试验确定。 二．理想气体状态方程： 1、气体的实验定律： （1）波意耳—马略特定律：一定质量的气体， 在T不变时，P 和V 成反比，即
PV 常量
常量由气体的质量、种类、温度决若隔板为“导热板”，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。 两个系统通过导热板的相互接触叫热接触。 两个发生热接触的系统，经过一段时间后， 达到了温度相同的状态，我们就说这两个系统 达到了热平衡。 注意：热平衡的概念不同于平衡态。平衡态的概 念要求系统的一切宏观性质不随时间变化，需满 足热学的、力学的、化学的各种平衡条件，而满 足热平衡条件的系统，其他方面不一定满足平衡 条件。
热力学第一章课件
开口系 Open system Control volume 闭口系 Closed system Control mass 绝热系 Adiabatic system 孤立系 Isolated system
热力学第一章
§1-1 热力系统
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，
零点能
热力学第一章
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于
热力学第一章
§1-1 热力系统
1 开口系
1
m
2
1+2 闭口系
WQ
1+2+3 绝热闭口系 1+2+3+4 孤立系
热力学第一章
状态参数的微分特征
设 z =z (x , y)
dz是全微分
Total
dzxzy
z dxyx
dy
differentials
充要条件：
2z 2z xy yx
可判断是否 是状态参数
热力学第一章
强度参数与广延参数
Intensive properties Extensive properties
4
3
非孤立系＋相关外界
＝孤立系
热力学第一章
热力系统其它分类方式
其它分类方式
均匀系 物理化学性质
非均匀系
工质种类
单元系 多元系
相态
单相 多相热力学第一章
简单可压缩系统
Simple compressible system
最重要的系统
只交换热量和一种准静态的容积变化功
Moving Boundary Work 容积变化功 Compression Work
氟化锂晶体的实验发现负的开尔文温度
3) T=0 0.5mw 2=0 分子一切运动停止，
零点能
热力学第一章
温度的热力学定义
热力学第零定律（R.W. Fowler in 1931） 如果两个系统分别与第三个系统处于
热学课件01
17
目前采用的经验温标主要是华氏温标(1714年)和摄氏温标(1742 年)两种。 在华氏温标下，规定冰和盐水的混合物为0度，水的沸点为212 度，在0度与212度之间一定量水银的体积或长度等分为212格。 单位华氏度记作oF。冰正常熔点定为32 oF。 在摄氏温标下，规定冰与被空气饱和的水在一个标准大气压 下达到的平衡时温度为0度，水的沸点为100度，在0度到100度 之间水银的体积或长度等分100格.单位记作oC。其定标方程
5
笫一章 热力学基础知识与温度
目 录
① 热力学基础知识 ② 热力学第零定律 ③ 状态方程
6
① 热力学基础知识
热学研究的是由大量微观粒子组成的宏观物体。我们研究的宏观 物体是有明确界面的连续介质系统，而暂不研究其内部微结构。 热力学系统(系统)：具有明确边界被研究的宏观物体。 外界(环境)：系统边界以外所有对系统发生相互作用的物体。
2
热学
① 热学是以研究热运动的规律及其对物质宏观性质的 影响，以及与物质其他运动形态之间的转化规律为 任务的。 ② 所谓热运动即组成宏观物体的大量微观粒子的一种 永不停息的无规则运动。
热力学
宏观理论
统计物理学
微观理论 热现象
研 究 物 理 量 出 发 点 方 法 二者关系
观察和实验 总结归纳 逻辑推理
3、温标：温度的数值表示法
确定温标三要素：测温物质、测温属性、固定标准点
15
⑴经验温标
(A)选择测温物质，确定它的测温参量(测温属性) (B)定标方程；定标点(可易于复现的特定状态) (C)标度法 常假定测温参量随温度作线性变化(测温属性)： 设以，以 T(X)表示温度计与被测系统达到热平X表示所选 定测温参量衡时温度值。令T(X)=αX ①α是一个待定常数，以相等温度差对应于测温参量的等量 变化； ②若测温参量为 X 同样温度计所测定两个物体温度之比跟 这两个温度所对应的X 值之比相等，即 T( X1)/T(X2)=X1//X2--------定标方程
物理课本PPT_热学
1-5 理想气体方程式
• 亚佛加厥定律指出，在相同的温度和压力 下，任何同体积的气体都含有相同数目的 分子。
1-5 理想气体方程式
• 理想气体方程式 P V＝n R T • 其中，R 是与气体种类无关的常数，其值
约为 R＝0.082 atm‧L / mol‧K
＝8.31 J / mol‧K
1-6 气体动力论
• 气体分子的平均平移动能 Kav 和克氏温度 T 成正比，与气体的种类、压力、体积等因 素无关。
1-6 气体动力论
• 温度是分子平均平移动能的量度，温度的 高低反映出气体分子运动剧烈的程度。
1-6 气体动力论
• 气体分子运动的方均根速率为
只与温度和分子质量有关，与压力、分子数 目及体积等因素都无关。
• 物体表面上，每单位面积所受的正向力称 为压力，单位为 Pa（即N / m2）
1-5 理想气体方程式
• 一般将 1 atm 视为与 76 cm Hg 所造成的压 力相当，其值约 1.013×105 Pa。
1-5 理想气体方程式
• 定容的查尔斯―给吕萨克定律指出，在密闭 容器内的定量低密度气体，若保持气体体积 维持不变，则其压力 P 与摄氏温度 t 满足
1-2 热容量与比热
• 若物体的质量为 m、比热为 s，当有 ΔQ 的 热量变化，使其温度变化 Δt 时，满足 ΔQ＝m s Δt
• 温度上升时，热量变化为正，代表吸热， 温度下降时，热量变化为负，代表放热。
1-3 热膨胀
• 若物体在初温时的起始长度为 L0，温度升 高 Δt 时的长度为 L，两者间因热膨胀而有 L＝L0 (1＋α Δt ) 的关系
1-1 温度与热
• 焦耳热功当量的实验，确认了热是能量的 一种形式，而且可以和力学能互相转换。
第一部分热力学第一定律热力学概论教学课件
（ T， P 等）可用全微分（d T，d P）
表示，这就为热力学中的数学处理带来 很大的方便（后面将详述） 。
五、热力学平衡
如果体系中各状态函数均不随时间而 变化，我们称体系处于热力学平衡状 态。严格意义上的热力学平衡状态应 当同时具备三个平衡：
1. 热平衡 • 在体系中没有绝热壁存在的情况下，体系
2. 循环过程 体系由某一起始状态（始态）出发，经
过一系列的状态变化过程，最终又回到 原来的始态（即所有的状态函数都回到 始态），这叫循环过程。
3. 途径
体系由某一状态（始态）变化到另一状态 （终态），可以经过不同的方式，这种从 始态 终态的不同方式（变化线路）， 称为不同的 “途径”。
与“过程”相比，“途径”通常意味状态 空间中状态函数变化线路的多种选择性。 例：封闭体系中，从状态A 状态B 的变 化：
件。 * 这些问题的解决，将对生产和科研起巨大的作
用。
四、热力学的应用
1. 广泛性：只需知道体系的起始状态、 最终状态，过程进行的外界条件，就可 进行相应计算；而无需知道反应物质的 结构、过程进行的机理，所以能简易方 便地得到广泛应用。
2. 局限性：
a. 由于热力学无需知道过程的机理，所以 它对过程自发性的判断只能是知其然 而不知其所以然，只能停留在对客观 事物表面的了解而不知其内在原因；
2. 一定条件下某种过程能否自发进行，若 能进行，则进行到什么程度为止，即变 化的方向和限度问题。
二、热力学体系的基础（基石）
热力学的一切结论主要建立在两个经 验定律的基础之上，即热力学第一定 律和热力学第二定律（这是19世纪发 现的，后面将详细讲述）。
所谓经验定律，应有如下特征：
1. 是人类的经验总结，其正确性是由无 数次的实验事实所证实的；
表示，这就为热力学中的数学处理带来 很大的方便（后面将详述） 。
五、热力学平衡
如果体系中各状态函数均不随时间而 变化，我们称体系处于热力学平衡状 态。严格意义上的热力学平衡状态应 当同时具备三个平衡：
1. 热平衡 • 在体系中没有绝热壁存在的情况下，体系
2. 循环过程 体系由某一起始状态（始态）出发，经
过一系列的状态变化过程，最终又回到 原来的始态（即所有的状态函数都回到 始态），这叫循环过程。
3. 途径
体系由某一状态（始态）变化到另一状态 （终态），可以经过不同的方式，这种从 始态 终态的不同方式（变化线路）， 称为不同的 “途径”。
与“过程”相比，“途径”通常意味状态 空间中状态函数变化线路的多种选择性。 例：封闭体系中，从状态A 状态B 的变 化：
件。 * 这些问题的解决，将对生产和科研起巨大的作
用。
四、热力学的应用
1. 广泛性：只需知道体系的起始状态、 最终状态，过程进行的外界条件，就可 进行相应计算；而无需知道反应物质的 结构、过程进行的机理，所以能简易方 便地得到广泛应用。
2. 局限性：
a. 由于热力学无需知道过程的机理，所以 它对过程自发性的判断只能是知其然 而不知其所以然，只能停留在对客观 事物表面的了解而不知其内在原因；
2. 一定条件下某种过程能否自发进行，若 能进行，则进行到什么程度为止，即变 化的方向和限度问题。
二、热力学体系的基础（基石）
热力学的一切结论主要建立在两个经 验定律的基础之上，即热力学第一定 律和热力学第二定律（这是19世纪发 现的，后面将详细讲述）。
所谓经验定律，应有如下特征：
1. 是人类的经验总结，其正确性是由无 数次的实验事实所证实的；
高中物理热学第一章优秀课件
现象
对方的Βιβλιοθήκη 浓度有影响扩散快慢的因素：温度越高，扩散现 关
象越明显
扩散现象的意义：
①直接说明了分子在永不停息的无规则运动
②分子间存在空隙
2.布朗运动
布朗, 英国的一位植物学家。 1827年，布朗用显微镜观察植 物的花粉微粒悬浮在静止水面 上的形态时，却惊奇地发现这 些花粉微粒在不停地作无规那 么运动。
数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素
决定.
3、改变内能的两种方式：做功和热传递。 4、一般的物体具有内能还会具有机械能，两者没有内 在的而必然联系。但一定条件下可以相互转换，例如 摩擦生热。
温度内能和热量的区别
项目
分子动理论 观点
表达方式
存在形 式
关系
物体的冷 热程度
所有分子， 其分子动能 和分子势能 的和
(3)由于气体是由数量极多的分子组成，这些分子并 没有统一的步调.单独看来，各个分子的运动都是不 规那么的，带有偶然性；但总体来看，大量分子的 运动遵守统计规律.
(4)分子沿各个方向运动的时机相等
特别提醒 单个或少量分子的运动是“个别行为〞， 具有不确定性.大量分子的运动是“集体行为〞，具有 规律性即遵守统计规律.
3
32 6
分子直径 d 3 6V π
气体
立方体模型
V d 3〔d为立方体的边长〕
分子间的 平均距离
d 3 V
二、阿伏伽德罗常量
1、定义： 1 mol的任何物质都含有相同的分子 个数，这个数就叫阿伏加德罗常量。
N A 6.02 10 23 mol 1
微观 NA
桥梁
宏观
2.阿伏加德罗常量意义
微观 NA
三颗微粒每隔 30秒位置的连 线图
热学ppt课件共215页文档
r1
刚体的自由度数： i t r 3 3 6
2. 分子的自由度 单原子分子 双原子分子 多原子分子
t3
质点 r 0
t3
哑铃 r 2
自由刚体
t3
r3
3. 能量均分定理：
♥ 在温度为T的平衡态下，气体分子每个自
由度的平均动能都相等，而且等于 1 k T
2
一个分子平均平动动能
1 热力学 —— 宏观描述 从实验经验中总结出宏观物体热现象
的规律，从能量观点出发，研究物态变化
过程中热功转换的关系和条件.
特点
(1)具有可靠性； (2)知其然而不知其所以然； (3)应用宏观参量.
2 气体动理论 —— 微观描述 研究大量数目热运动的粒子系统，应用
模型假设和统计方法.
特点 (1)揭示宏观现象的本质；
单原子 分子
双原子 分子
多原子 分子
平动 自由度
3
3 3
转动 自由度
0
2
3
平均平 动动能
3 kT 2
3 kT 2
3 kT 2
平均转 动动能
0
2 kT 2
3 kT 2
平均 总动能
3 kT
2
5 kT 2
6 kT 2
（课后练习）若室内升起炉子后温度从150C 升高到270C ，而室内气压不变，则此 时室内的分子数减少了百分之多少？
解：P1 n1kT1
N1 V1
kT1
P2 n2kT2
N2 V2
kT2
条件：P1 P2 V1 V2
N1 N2 T2 T1
N1
T2
12 4% 300
四、能量的统计规律
1.自由度 i ： 决定一物体在空间的位置所
刚体的自由度数： i t r 3 3 6
2. 分子的自由度 单原子分子 双原子分子 多原子分子
t3
质点 r 0
t3
哑铃 r 2
自由刚体
t3
r3
3. 能量均分定理：
♥ 在温度为T的平衡态下，气体分子每个自
由度的平均动能都相等，而且等于 1 k T
2
一个分子平均平动动能
1 热力学 —— 宏观描述 从实验经验中总结出宏观物体热现象
的规律，从能量观点出发，研究物态变化
过程中热功转换的关系和条件.
特点
(1)具有可靠性； (2)知其然而不知其所以然； (3)应用宏观参量.
2 气体动理论 —— 微观描述 研究大量数目热运动的粒子系统，应用
模型假设和统计方法.
特点 (1)揭示宏观现象的本质；
单原子 分子
双原子 分子
多原子 分子
平动 自由度
3
3 3
转动 自由度
0
2
3
平均平 动动能
3 kT 2
3 kT 2
3 kT 2
平均转 动动能
0
2 kT 2
3 kT 2
平均 总动能
3 kT
2
5 kT 2
6 kT 2
（课后练习）若室内升起炉子后温度从150C 升高到270C ，而室内气压不变，则此 时室内的分子数减少了百分之多少？
解：P1 n1kT1
N1 V1
kT1
P2 n2kT2
N2 V2
kT2
条件：P1 P2 V1 V2
N1 N2 T2 T1
N1
T2
12 4% 300
四、能量的统计规律
1.自由度 i ： 决定一物体在空间的位置所
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导师：Ilya Vakser 教授
2009-至今 华中科技大学物理学院 副教授
研究方向 生物大分.子相互作用
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为纯科学呼吁（1883年8月15日）
我时常被问及这样的问题：纯科学与应用科学 究竟哪个对世界更重要。为了应用科学，科学 本身必须存在。假如我们停止科学的进步而只 留意科学的应用，我们很快就会退化成中国人 那样，多少代人以来他们都没有什么进步，因 为他们只满足于科学的应用，却从来没有追问 过他们所做事情中的原理。这些原理就构成了 纯科学。中国人知道火药的应用已经若干世纪， 如果他们用正确的方法探索其特殊应用的原理， 他们就会在获得众多应用的同时发展出化学， 甚至物理学。因为只满足于火药能爆炸的事实， 而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界 的进步。我们现在只是将这个所有民族中最古 老、人口最多的民族当成野蛮人。
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课程要求
成绩规定 平时： 30%；考试：70% 出勤、作业、课堂学习状态、回答问题等
办公室: 科技楼 512B 房间 电话: 87558335-805(O); 15071472898 Email: liushiyong@
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引言 0—1 热学的研究对象
热学是以物质的热运动以及热运 动与其它运动形态之间的转化规 律为其研究对象的一门学科。
体是冷还是热，就看它
所含热质是多还是少。.
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引言 0—3 热学发展简史(二)
迈尔(1814-1878) 焦耳
热功当量（1842） 1818-1889
能量既不能被创造 1cal=4.186J
也不能被毁灭
热力学
Cp,m-CV,m=R
第一定律
亥姆霍兹 1821-1894
热力学 第一定律
1847
能斯特 1864-1941 热力学 第三定律
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引言 0—2 热学的研究方法 一、热力学
实验宏观量间（比如物体的温度、压 强、热容量等）基本关系
得理想气体状态方程
PV M RT
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引言 0—2 热学的研究方法 二、统计力学
对粒子的微观量，例如位置、速度、动量、转动、振动 等，通过统计平均推导系统的热力学性质
按粒子遵循经典力学规律统计 — 经典统计 按粒子遵循量子力学规律统计 — 量子统计
Henry Augustus Rowland
(November 27, 1848 – April 16, 1901
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但是，未来还是有因纯粹热爱而研究自然的人，以 前人们未曾获得过的更崇高的奖赏在等待着他们。 我们已经开始追求科学，站在门槛上想知道里面究 竟有什么。我们通过重力定律解释了行星的运动， 但是谁将解释是什么样的力量让两个相隔数百万英 里的天体彼此相向运动呢？
今天，我们能够非常容易地测量电量和电流，但是 我们有方法来解释电的现象吗？光是波动的，但我 们知道波动的是什么吗？热是一种运动，但我们知 道运动着的是什么吗？普通物质随处可见，但是谁 探究出了其内部组成的奥秘呢？
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课程介绍
专业必修课 48学时；2.5学分
◆先修课程：微积分、力学
◆教学目的：通过本课程学习，掌握热现象的 唯象性规律，了解热现象作为大量粒子无序运 动的本质，为大学阶段的其他课程的学习打好 理论基础。
热学
刘士勇 2011/2/22
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教育背景
简历
1996-2000 北京大学化学与分子工程学院 本科
2000-2006 北京大学理论生物学中心 博士
博士论文题目：蛋白质功能预测与功能蛋白质设计
导师：来鲁华 教授
2006-2009 美国堪萨斯大学生物信息学中心 博士后研究员
研究项目： 蛋白质-蛋白质分子对接
过程方向
热力学 第三定律
温度极限
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温度(T)
内能(U) 功(A) 热量(Q) 焓(H)
熵(S)
绝对零度(0K)
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第一章 温度
1-1 平衡态 状态参量 一 、 热力学系统
外界
系统
外界
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第一章 温度
1-1 平衡态 状态参量 二 、 热力学系统的平衡态
在不受外界影响的条件下，系统的宏观性 质不随时间变化的状态 — 平衡态。
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目录
课程简介
绪论 第一章 温度 理想气体状态方程 （6学时） 第二章 热力学第一定律 （8学时） 第三章 热力学第二定律 （8学时） 新增 热力学第三定律 （2学时） 第四章 分子运动论（14学时） 第五章 实际气体、液体和固体 （8学时） 复习 （2学时）
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课程要求
学习要求 按时完成作业 纪律要求 缺课1/3以上者，不予考试资格
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引言 0—3 热学发展简史(一)
热质说与热动说
华伦海特
华氏温标1724 用水银代替酒精
迈尔
焦耳
1814-1878
1818-1889
热功当量（1842） 1cal=4.186J
Cp,m-CV,m=R
热力学第一定律
1700前 1724
1744
1776 1798
1824 1842
1850
波义耳 1627-1691 笛卡尔 1596-1650
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例. 平衡态和稳定态
T1
T1
平衡态
T1>T2
T1
T2
稳定态
稳定态可以划分成一系列近似的平衡态。 平衡态判据：系统内部温度均匀、压强均匀。
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三：平衡态可以用状态参量描述
洛莫诺索夫 瓦特 1711-1765 热是分子运动的表现
伦福德
1753-1814 枪炮 切下 高温碎屑
卡诺 1796-1832 卡诺定理(1824)
培根
热是一种流质，名叫热
1561-1626 质，可透入一切物体之 1799年 戴维（1778-1829）
摩擦生热 热是一种 运动
中，不生不灭；一个物 两块冰块互相摩擦完全熔化
1824
1842
1847 1850
1912
1930
卡诺 1796-1832 卡诺定理(1824)
开尔文 1824-1907 据卡诺定律 定绝对温标
热力学
克劳修斯 1822-1888 据卡诺定律 热力学
福勒 热力学 第零定律 (1930)
第二定律(1851) 第二定律(1850)
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热功当量实验装置
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亥姆霍兹（ Helmholtz）
Joule（1818～ 1889） 迈尔（Robert Mayer） 德国，1847提出并证明
英国
德国，1842年提出能 能量守恒定律
1840，焦耳定律
量守恒概念
1843，热功当量
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热力学理论框架热力学 第零定律源自热平衡热力学 第一定律
能量守恒
热力学 第二定律