热学弟1章导论～1.pptVIP

* 热学的研究方法 ▲ 热力学（thermodynamics） 宏观基本实验规律 热现象规律 逻辑推理 特点： 普遍性、可靠性。 ▲ 统计物理学（statistical mechanics） 对微观结构提出模型、假设 统计方法 热现象规律 特点：可揭示本质，但受模型局限。 热学研究对象： 热现象 热运动 微观本质 宏观表现 第一章导论 复 习 §1.2 热力学系统的平衡态 一、 热力学系统 1、热力学系统（简称系统system ） 在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体。即热力学所研究的对象 2、系统的外界（简称外界medium ） 能够与所研究的热力学系统发生相互作用 的系统以外的部分。 外界 系统 外界 例如：研究气缸内气体的体积，压强等变化时，这气体就是系统，而气缸壁、活塞、发动机的其他部分以及大气等都是外界。 思考：为什么在热力学中要特别强调地提出外界？ 研究系统的变化时，不能只考虑系统的内部，有时更要注意外界所受的影响，从这一角度考虑问题往往更易得到解决方法。 说明： 1）根据对系统与外界相互关系的不同，可对系统进行分类： 孤立系统：与外界无相互作用的系统(无物质和能量交换)。 封闭系统：与外界无物质交换但可交换能量的系统。 开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统。 2）相互作用：做功、热传递和粒子数交换。 1、定义： 在不受外界条件影响下，系统所达到的一种宏观性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡态。 二、平衡态（equilibrium state）： 1）不受外界条件影响，指与外界无任何形式的物质与能 量交换。 2、说明： （不做功也不传热） 真空 孤立系统 平衡态 2）平衡态是自发过程的终点。 3）平衡态是一种理想状态 。 自然界中平衡是相对的、特殊的、局部的、暂时的 。 不平衡才是绝对的、普遍的、全部的、经常的 。 思考：是否空间各处压强、粒子数密度等不均匀的状态 就一定是非平衡态呢？ 不一定。例如：在重力场中的等温大气。 宏观性质不随时间变化≠状态处处相等 4）热力学平衡是热动平衡 。 例：两端分别与冰水混合物及沸水相接触的均匀金属棒。 是稳定态但不是平衡态 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。 稳定态：外界影响下，系统的宏观性质长期不变的状态。 5）区分平衡态与稳定态（steady state）。 二、热力学平衡（thermodynamic equilibrium) ——探讨热力学系统处于平衡态的条件。 前提：热学的注意力指向系统内部，因而一般不考虑系统作为一个整体的宏观运动，认为系统处于相对静止状态。 方法一：根据定义。 方法二：系统处于平衡态时应不存在热流与粒子流。 热流与粒子流都是由系统状态变化或受外界影响所致。 方法三：在外界条件不变时，同时满足： 热学平衡条件：即系统内温度处处相等。 ① 力学平衡条件： ② 通常情况下（如无外场），反映为压强处处相等。 第一种粒子流：宏观上能察觉到的成群粒子的定向运动。 （无宏观定向运动） （无能量流动） ③ 化学平衡条件： 无外场时，系统内化学组成处处相等。 第二种粒子流：不形成粒子的宏观定向运动，而是系统内有化学反应或空间各处化学组成不均匀所致。 例：等温等压下的溶解和扩散现象。 平衡态的描述： （浓度、物相不变） 处于平衡态的热力学系统，系统的状态可以用一些确定的宏观物理量（状态参量）来描述，并能在以状态参量为坐标轴的状态图（p-V图、p-T图）上以一个确定的点表示它的状态。 * 三、状态参量（热力学参量） 气体分子所能达到的空间范围. [单位:m3] 气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力. [单位:Pa] 1mmHg=133.3Pa 1 m3＝103L＝ 106mL 1、体积V (volume) 1标准大气压（atm）=1.013×105Pa=760mmHg 2、压强P (pressure) 3、温度T 反映系统内部大量分子作无规则运动的剧烈程度. (temperature) [单位:K] 摄氏温标( t ) [单位:℃] 摄氏温度 t = T－273.15 常用：力学参量、几何参量、化学参量、电磁参量。 ——描述系统状态的物理量 气体的状态参量： §1.3 物态方程（equation of states） 一、物态方程（状态方程） 处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足的函数关系称为物质的物态方程或状态方程。 物态方程中都显含有温度T。 物态方程常是由理论与实践结合而得到的半经验公式。 注意： 例如化学纯气体和简单的液体固