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1、热学 第一章温度第1页，本讲稿共18页概概 述述一、热学研究内容及对象一、热学研究内容及对象2.2.对象：热力学系统对象：热力学系统(宏观大物体）宏观大物体）对象的特征：大量无规运动的粒子组成对象的特征：大量无规运动的粒子组成1.1.内容：与热现象有关的性质和规律内容：与热现象有关的性质和规律 热现象热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。是物质中大量分子无规则运动的集体表现。大量分子的无规则运动称为大量分子的无规则运动称为热运动。热运动。以阿佛加德罗常数以阿佛加德罗常数NA=61023计。计。第2页，本讲稿共18页地球上地球上全部大气全部大气约有约有1044个分子个分子一个人一个人每次呼
2、吸气体每次呼吸气体大约是大约是1022个分子个分子超人超人与宇宙同时出生与宇宙同时出生(150亿年前亿年前)每秒数每秒数10个分子个分子数到现在才数了数到现在才数了第3页，本讲稿共18页宏观法与微观法相辅相成宏观法与微观法相辅相成、相互补充相互补充。二、热学的研究方法：二、热学的研究方法：1.1.宏观描述法宏观描述法-热力学。热力学。大量的实验事实大量的实验事实逻辑推理逻辑推理热现象的宏观理论热现象的宏观理论优点：普遍、可靠。优点：普遍、可靠。缺点：未揭示微观本质。缺点：未揭示微观本质。2.2.微观描述法微观描述法-统计力学统计力学 （初级理论称为（初级理论称为气体动理论气体动理论）物质的微观
3、结构物质的微观结构 +统计方法统计方法 宏观的热学规律宏观的热学规律优点：揭示了热现象的微观本质。优点：揭示了热现象的微观本质。缺点：可靠性、普遍性差。缺点：可靠性、普遍性差。第4页，本讲稿共18页 宏观量与微观量宏观量与微观量 对热力学系统的两种描述方法：对热力学系统的两种描述方法：1.宏观量宏观量 从整体上描述系统的状态量，从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量一般可以直接测量。如如 M、V、E 、P、T等等2.微观量微观量 描述系统内微观粒子运动状态的物理量。如分描述系统内微观粒子运动状态的物理量。如分子的质量子的质量m、直径、直径 d、速度、速度 v、动量、动量 p、能量、能量 等
4、。等。不能被我们的感官直接观察到，也不能直接不能被我们的感官直接观察到，也不能直接测量。测量。第5页，本讲稿共18页微观量与宏观量有一定的内在联系微观量与宏观量有一定的内在联系。例例如如:气气体体的的压压强强是是大大量量分分子子撞撞击击器器壁壁的的平平均均效效果果，它它与与大大量量分分子子对对器器壁壁的的冲冲力力的的平平均均值有关。值有关。宏观量总是相应微观量的统计平均值宏观量总是相应微观量的统计平均值第6页，本讲稿共18页第一章第一章 温度和气体动理论温度和气体动理论1.2 理想气体压强公式理想气体压强公式1.3 温度的微观意义温度的微观意义1.4 能量均分定理能量均分定理1.5 麦克斯韦速
5、率分布率麦克斯韦速率分布率1.6 气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程1.1 平衡态和理想气体状态方程平衡态和理想气体状态方程第7页，本讲稿共18页 在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为改变的状态，称为平衡态平衡态。1.1 平衡态和理想气体状态方程平衡态和理想气体状态方程动动态态平平衡衡：平平衡衡态态下下，组组成成系系统统的的大大量量分分子子仍仍在在不不停停的的运运动动，只只不不过过微微观观运运动动的的总总的的平平均均效效果果不不随随时时间间改变。表现为系统的宏观量不随时间改变。改变。表现为系统的宏观量不随时间改变。平
6、衡态是一个理想化模型，我们主要研究平衡平衡态是一个理想化模型，我们主要研究平衡态的热学规律。态的热学规律。一、平衡态一、平衡态第8页，本讲稿共18页1 1、温度、温度T：表示物体冷热程度的物理量表示物体冷热程度的物理量二、状态参量：描述系统平衡态的宏观参量二、状态参量：描述系统平衡态的宏观参量 意义：互为热平衡的物体必然存在一个意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的特征相同的特征-温度温度ABC热平衡定律热平衡定律(热力学第零定律热力学第零定律)二、体积二、体积V（m3）:分子所能达到的空间分子所能达到的空间三、压强三、压强p (Pa):单位面积上的压力单位面积上的压力热力学温标（热力学温标
7、（K）第9页，本讲稿共18页三、理想气体状态方程三、理想气体状态方程：气体的实验定律气体的实验定律 理想气体理想气体1、玻意耳定律：一定质量的气体，在温度、玻意耳定律：一定质量的气体，在温度T保持不变时，保持不变时，其压强其压强P与体积与体积V的乘积是个常量。的乘积是个常量。PV=常量（常量（m与与T不变）不变）2、盖、盖吕萨克定律：一定质量的气体，在压强吕萨克定律：一定质量的气体，在压强P保持不保持不变时，其体积变时，其体积V与热力学温度与热力学温度T成正比。成正比。V/T=常量（常量（m与与P不变）不变）3、查理定律：一定质量的气体，在体积、查理定律：一定质量的气体，在体积V保持不变时，保
8、持不变时，其压强其压强P与热力学温度与热力学温度T成正比。成正比。P/T=常量（常量（m与与V不变）不变）第10页，本讲稿共18页实验表明：无论何种气体，在压强不太大，温度不实验表明：无论何种气体，在压强不太大，温度不太低时，都能较好的遵守上述三条定律。太低时，都能较好的遵守上述三条定律。理想气体理想气体：根据上述实验事实，我们把在任何情况下都：根据上述实验事实，我们把在任何情况下都能严格遵守上述实验定律的气体称为理想气体能严格遵守上述实验定律的气体称为理想气体表示理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关表示理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关系式系式理想气体状态方程理想气体状态方
9、程第11页，本讲稿共18页标准状态：标准状态：T0=273.16K p0=1atm=1.013105Pa 一定质量的理想气体，处在任一平衡态下一定质量的理想气体，处在任一平衡态下R-普适气体恒量普适气体恒量Vm,0=22.4l=22.410-3m3m-质量质量M-mol 质量质量理想气体状态方程理想气体状态方程第12页，本讲稿共18页系统内有系统内有 N个分子个分子1mol任何气体分子中都任何气体分子中都有有NA个分子个分子常用形式常用形式 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数各种实际气体，在通常的压强和不太低的温度的情况下，各种实际气体，在通常的压强和不太低的温度的情况下，都近似的遵守这个状态方程，都近
10、似的遵守这个状态方程，第13页，本讲稿共18页 分子数密度分子数密度 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数理想气体状态方程理想气体状态方程第14页，本讲稿共18页1)标况下，空气分子数密度标况下，空气分子数密度十亿亿亿十亿亿亿第15页，本讲稿共18页2)高真空高真空十亿十亿第16页，本讲稿共18页1.理气状态方程理气状态方程2.不漏气系统各状态的关系不漏气系统各状态的关系讨论讨论第17页，本讲稿共18页3.状态图：（状态图：（P-V图）图）通常还画通常还画 P-T、T-V、图图PVP V 图上一个图上一个点点代表一个代表一个平衡态平衡态一条一条线线代表一个代表一个准静态过程准静态过程第18页，本讲稿共18页