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1、教学安排教学安排 教学内容教学内容热学热学(18)、振动和波、振动和波(10)、波动光学、波动光学(16)、量子物理基础、量子物理基础(20)答疑答疑集体答疑集体答疑 时间：每周周一时间：每周周一 周四周四（19:30 22:00）地点：中地点：中2-3224 作业作业 物理竞赛物理竞赛(大约在大约在12-1412-14周进行周进行)刘萍刘萍办公电话办公电话:82663339办公地点办公地点:中中1-3119Email:本班答疑本班答疑 时间：每双周星期三时间：每双周星期三（16:30 18:30）地点：中地点：中1-3119 11.1 热力学的研究对象和研究方法热力学的研究对象和研究方法一一
2、.热学的研究对象热学的研究对象热现象热现象热热 学学物体与温度有关的物理性质及状态的变化物体与温度有关的物理性质及状态的变化研究热现象的理论研究热现象的理论热力学热力学从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观从能量转换的观点研究物质的热学性质和其宏观规律规律宏观量宏观量二二.热学的研究方法热学的研究方法微观量微观量描述宏观物体特性的物理量；描述宏观物体特性的物理量；如温度、压强、体如温度、压强、体积、热容量、密度、熵等。积、热容量、密度、熵等。描述微观粒子特征的物理量；描述微观粒子特征的物理量；如质量、速度、能量、如质量、速度、能量、动量等。动量等。微观粒子微观粒子观察和实验观察和实验出出
3、发发 点点热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质力学本质二者关系二者关系无法自我验证无法自我验证不深刻不深刻缺缺 点点揭露本质揭露本质普遍，可靠普遍，可靠优优 点点力学规律力学规律统计平均方法统计平均方法逻辑推理逻辑推理总结归纳总结归纳方方 法法微观量微观量宏观量宏观量物物 理理 量量热现象热现象热现象热现象研究对象研究对象微观理论微观理论(统计物理学统计物理学)宏观理论宏观理论(热力学热力学)气体动理论是统计物理学的重要组成部分气体动理论是统计物理学的重要组成部分说明说明11.2 平衡态与准静态过程平衡态与准静态过程 理想气体状态方程理想气体状态
4、方程一一.系统和外界系统和外界 热力学系统热力学系统热力学所研究的具体对象，简称系统。热力学所研究的具体对象，简称系统。外界外界系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统以外的物体系统以外的物体系统与外界可以有相互作用系统与外界可以有相互作用例如：热传递、例如：热传递、质量交换等质量交换等系统系统系统的分类系统的分类开放系统开放系统系统与外界之间，既有物系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。质交换，又有能量交换。封闭系统封闭系统孤立系统孤立系统系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。换。系统与外界之间，既无
5、物质交换，又无能量交系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。换。二二.气体的状态参量气体的状态参量温度温度(T)体积体积(V)压强压强(p)气体分子可能到达的整个空间的体积气体分子可能到达的整个空间的体积大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的宏大量分子与器壁及分子之间不断碰撞而产生的宏观效果观效果大量分子热运动的剧烈程度大量分子热运动的剧烈程度 状态参量状态参量描述系统状态的物理量描述系统状态的物理量,例如例如:位矢，位矢，速度速度.描述平衡态性质的物理量描述平衡态性质的物理量,不同情形时选用不同的状态参量来描写状态。不同情形时选用不同的状态参量来描写状态。(1)温度温度温度宏观上表示物
6、体的冷热程度。温度宏观上表示物体的冷热程度。温度微观上与物体内部大量分子热运动的剧烈程度密切温度微观上与物体内部大量分子热运动的剧烈程度密切相关相关。l热力学第零定律热力学第零定律：(热平衡定律热平衡定律)B BA AC CTA=TC TC=TBTA=TB温标：温度的温标：温度的数值数值表示方法。表示方法。l温标温标温标的三要素：测温属性、定标点、分度法。温标的三要素：测温属性、定标点、分度法。测温属性：一切具有随温度而改变的某种宏观性质。测温属性：一切具有随温度而改变的某种宏观性质。如果两个热力学系统同时和第三个热力学如果两个热力学系统同时和第三个热力学系统处于热平衡，则这两个热力学系统必系
7、统处于热平衡，则这两个热力学系统必然彼此平衡。然彼此平衡。选择原则：选择原则：测温物质的一种随温度连续、单值变化测温物质的一种随温度连续、单值变化且变化显著、便于测量。且变化显著、便于测量。例如：例如：定标点：人为地选择物质的某些状态作为温度的固定标点：人为地选择物质的某些状态作为温度的固 定参考点。定参考点。分度法：测温属性随温度的变化作出规定。分度法：测温属性随温度的变化作出规定。(2)常用的温标常用的温标 、0 0F F、在一个标准大气压下，纯水的冰点取在一个标准大气压下，纯水的冰点取0 0作零点、作零点、沸点取作沸点取作100100，其间分成，其间分成100100格，格，1 1/格格例
8、如：例如：纯水的纯水的冰点冰点沸点沸点例如：例如：摄氏温标的分度法摄氏温标的分度法它与测温物质无关它与测温物质无关摄氏温标与华氏温标的关系摄氏温标与华氏温标的关系温度计通常分为温度计通常分为接触式接触式和和非接触式。非接触式温度计可非接触式。非接触式温度计可测量的温度较高。测量的温度较高。常见的一些实验室的温度值常见的一些实验室的温度值Tmax=108 K Tmin=2x10-8 K THEl=4K TNl=77K Tsunin=107K Tsuns=6000K冰点作为冰点作为32320 0F F，汽点规定为，汽点规定为2122120 0F F，其间分成，其间分成180180份，份，1 10
9、0F/F/格格F定义定义在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。在长时间内不发生变化的状态。三三.平衡态平衡态说明说明(1)不受外界影响是指系统与外界不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如：式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如：两头两头处于冰水、沸水中的金属棒处于冰水、沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；是一种稳定态，而不是平衡态；处于重力场中气体系统的处于重力场中气体系统的粒子数密粒子数密度随高度随高 度变化，但它是度变化，但它是平衡态。平
10、衡态。低温低温T2高温高温T1(2)平衡是热动平衡平衡是热动平衡(3)平衡态的气体平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示表示(4)平衡态是一种平衡态是一种理想状态理想状态四四.准静态过程准静态过程系统从某状态开始经历一系列的中间状态系统从某状态开始经历一系列的中间状态到达另一状态的过程。到达另一状态的过程。热力学过程热力学过程1221准静态过程准静态过程在过程进行的每一时刻，系统都无限地在过程进行的每一时刻，系统都无限地接近平衡态。接近平衡态。非准静态过程非准静态过程系统经历一系列非平衡态的过程系统经历一系列非平衡态的过程实际过程是非静态过程，但只要
11、过程进行的时间远大于系实际过程是非静态过程，但只要过程进行的时间远大于系统的驰豫时间，均可看作准静态过程。统的驰豫时间，均可看作准静态过程。如：如：实际汽缸的压实际汽缸的压缩过程可看作准静态过程缩过程可看作准静态过程 S说明说明 (1)准静态过程是一个理想过程准静态过程是一个理想过程；(3)准静态过程在状态图上准静态过程在状态图上可用一条曲线表示。可用一条曲线表示。如图如图(2)除一些进行得极快的过程除一些进行得极快的过程(如爆炸过程如爆炸过程)外，外，大多数情况大多数情况下都可以把实际过程看成是准静态过程；下都可以把实际过程看成是准静态过程；OVp五五.理想气体的状态方程理想气体的状态方程气
12、体的状态方程气体的状态方程(3)混合理想气体的状态方程为混合理想气体的状态方程为其中其中“一定条件下一定条件下”(平衡态平衡态)(2)理理想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉想气体的宏观定义：在任何条件下都严格遵守克拉珀龙方程的气体。珀龙方程的气体。温度越高、压强越低，精确度越高。温度越高、压强越低，精确度越高。(1)“一定条件下一定条件下”指压强不太高，温度不太低的条件下。指压强不太高，温度不太低的条件下。说明说明(克拉珀龙方程克拉珀龙方程)11.3 功功 热量热量 内能内能 热力学第一定律热力学第一定律一.功功 热量热量 内能内能1.概念概念热力学系统与外界传递能量的两种方式热力学
13、系统与外界传递能量的两种方式作功作功传热传热是能量传递和转化的量度；是是能量传递和转化的量度；是过程量。过程量。功功(A)热量热量(Q)是传热过程中所传递能量的多少的量度；是传热过程中所传递能量的多少的量度；是是过程量过程量内能内能(E)是物体分子的无规则运动能量的总和是物体分子的无规则运动能量的总和；是是状态量状态量系统吸热系统吸热：系统对外作功系统对外作功：；外界对系统作功外界对系统作功：；系统放热；系统放热：2.功与内能的关系功与内能的关系12绝热壁绝热壁绝热过程绝热过程外界仅对系统作功，无传热，则外界仅对系统作功，无传热，则说明说明(1)初末态给定，初末态给定，AQ 都相都相同，与过程
14、无关；同，与过程无关；(2)内能的改变量可以用绝内能的改变量可以用绝 热过程中外界对系统所热过程中外界对系统所 作的功来量度；作的功来量度；(3)此式给出此式给出过程量与状态量的关系。过程量与状态量的关系。3.热量与内能的关系热量与内能的关系外界与系统之间不作功，仅外界与系统之间不作功，仅传递热量传递热量系统系统说明说明(1)初末态给定，初末态给定，QV 都相同，与过程都相同，与过程无关无关(2)此式给出此式给出过程量与状态量的关系过程量与状态量的关系(3)作功和传热作功和传热效果一样，本质不同效果一样，本质不同二二.热力学第一定律热力学第一定律外界与系统之间不仅作功，而且外界与系统之间不仅作
15、功，而且传递热量，则有传递热量，则有系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分则用以对外界作功。则用以对外界作功。(热力学第一定律热力学第一定律)对于无限小的状态变化过程对于无限小的状态变化过程，热力学第一定律可表示为，热力学第一定律可表示为(1)热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的能量守恒热力学第一定律实际上就是包含热现象在内的能量守恒 与转换定律；与转换定律；说明说明(2)第一类永动机第一类永动机是不可能实现的。这是热力学第一定律的是不可能实现的。这是热力学第一定律的 另一种表述形式；另一种表述形式；(3)此定律此定律只要求系统的初、末状态是平衡态，至于过程中只要求系统的初、末状态是平衡态，至于过程中经历的各状态则不一定是平衡态。经历的各状态则不一定是平衡态。(4)适用于任何系统适用于任何系统(气、液、固气、液、固)。