热学电子教案PowerPointPresentati.pptx

引言（Preface）
• 宏观物体由大量微观粒子组成;微观粒子处在永 恒的混乱运动之中。
• 实验表明：分子运动的激烈程度与温度有关， 大量分子的无规则运动称为热运动。热运动是 热现象的微观实质。
• 热现象是热运动的宏观表现。 • 热运动在本质上不同于机械运动。 • 热现象 ━ 随机现象
热学的研究方法(Study Methods of Thermology)
观客体。
2.系统的外界（简称外界） 与所研究的热力学系统发生相互作用 的其它物体。
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。
注意与稳恒态的区别，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”
宏观描述方法与微观描述方法
1、宏观描述方法：热力学方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论， 叫做热力学。
热力学方法的优点：
热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过程 中不加上其它假设，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。
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热力学的局限性：
• 1、它只适用于粒子数很多的宏观系统； • 2、它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何从非平
热力学第零定律只能说明物体之间是否 达到了热平衡，即物体的温度是否相同， 它不能比较尚未达到热平衡的物体的温度 的高低。
温度的数值表示法称为温标
思考题：
1、 热力学第零定律是不是逻辑推理的结果？ 2、热力学第零定律是否反映了在某种意义下
的某种对称性?
§1.3 温标
(Temperature Scale) 一、经验温标(Experience Temperature
同时考虑，缺一不可。
金属杆就是一个热力学系统。
根据平衡态的定义，虽然杆
上各点的温度将不随时间而
改变，但是杆与外界（冰、
沸水）仍有能量的交换。一
个与外界不断地有能量交换
100 c 的热力学系统所处的状态，
显然不是平衡态而是稳定态。
o
金属杆
0 oc
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。
《热学》电子教案
面向物理学本科学生
主讲：高慧
热学内容体系示意图
引言
热学的研究 对象，方法
热学发展简 述
宏观理论
微观理论
物性学
热一律
热二律
气体动理论 （平衡态）
气体内输 非理想气体、 运过程 固体、液体
相变
引言 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
温度 气体分子运动论的基本概念 气体分子热运动速率和能量的统计分布律 气体内的输运过程 热力学第一定律 热力学第二定律 固体 液体 相变
• 通过导热板进行热接触的两个系统组成一复合 系统，当复合系统达到平衡态时，我们就说两 个系统处于热平衡。
热力学第0定律
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。
温度
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。
衡态进入平衡态的过程； • 3、它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
宏观方法的实质：
用能量转化的观点研究热现象
2、微观描述过程：统计物理学
统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、原子 组成的前提出发，运用统计的方法，找出微观量与宏观量之间的关系。
微观描述方法 在于它在数学上遇到很大的困难，由此而作出简
的局限性：
化假设（微观模型）后所得的理论结果与实验不 能完全符合。
微观方法的实质：视宏观性质为大量微观粒子运动的平均效果，
视宏观物理量为相应微观量的统计平均值。
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第一章 温度
§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
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
Scale) 三要素 a) 测温物质和测温属性 b) 定标点 c) 标度法
两种常用的经验温标： 1.华氏温标 1714年，华仑海脱 测温物质：水银 测温属性：水银柱长度X 定标点： 水的冰点：32°F 水的沸点：212°F
变化关系：
tF ( X ) aX b
32 aX 冰 b 212 aX沸 b
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。 – 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：
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）。
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。
a b
180 X沸 X冰 32 180
X沸 X冰
X冰
tF (X )
32 180
§1.2 温度
热平衡
绝热板
A
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。
B
若隔板为“绝热板”（如图(a)），
(a)
则A，B两系统的状态可独立地
A
变化而互不影响。厚木板，石Leabharlann 棉板等都可视为绝热板。 导热板
B
(b)
• 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。