第17章_温度与气体动理论.pptVIP

钻木取火 第3篇 热学 Thermology 一、热学的研究对象 热学是研究与热现象有关的规律的科学。 凡是与物质的热运动或温度有关的物质特性和状态的变化，统称为热现象。 大量分子的无规则运动称为热运动。 统计规律： 大量偶然事件整体满足的规律。 二、热运动的特点 （1）微观粒子的运动永不停息、无规则。 每个粒子的运动有极大的偶然性——无序性。 （2）对大量粒子的整体，运动表现出必然的、确定的规律——统计规律。 三、热学的研究方法 （1）热力学（宏观法）： 实验规律→严密的推理（应用数学） 优点：可靠、普遍。缺点：未及微观本质 宏观法与微观法相辅相成。 （2）统计物理学（微观法）： 物质的微观结构+统计的方法。 优点：揭示了热现象的微观本质。 缺点：不可靠性、普遍性差。 波尔兹曼 开尔文 麦克斯韦 克勞修斯 卡诺 第17章 温度和气体动理论(Temperature and Kinetic theory of gases) 主要内容： 17.1 平衡态 17.2 温度的概念 17.3 理想气体温标 17.4 理想气体状态方程 17.5 气体分子的无规则运动 17.6 理想气体的压强 17.7 温度的微观意义 17.8 能量均分定理 17.9 麦克斯韦速率分布律 17.10 麦克斯韦速率分布律的实验验证 17.11 玻耳兹曼分布律* 17.12 实际气体等温线* 17.13 范德瓦尔斯方程* 17.14 非平衡态 输运过程* 1. 系统与外界 热力学系统：作为研究对象的一个或一组物体。 外界：系统以外的物体。 2. 平衡态 ——系统的各种性质不随时间改变的状态。 17.1 平衡态 Equilibrium State (1)单一性 ( p ， T 处处相等)； (2)物态的稳定性—— 与时间无关； (3)自发过程的终点； (4)热动平衡(有别于力平衡). 3. 宏观状态参量 ——描述平衡态的宏观量 1 压强 ： 力学描述 单位: 4. 微观参量 描述系统内分子运动状态的物理量 如分子的质量 m、直径 d 、速度 v、 动量 p、 能量  等。 平衡状态下，宏观参量是微观参量的统计平均值。 热平衡： 两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，我们说它们达到了热平衡状态。 一、热力学第零定律——测温原理 在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。 17.2 温度的概念 Temperature 二、 温度的定义 ——共处于平衡态的系统具有相同的温度。 17.3 理想气体温标 （Ideal Gas of Temperature Scale） 1. 玻意耳定律 一定质量的气体，在一定温度下，其压强 p 和体积 V 的乘积是个常数。 2. 理想气体 在各种压强下都严格遵守玻意耳定律的气体。 3. 理想气体温标 水的气、液、固三相点为 0 ℃。 热力学第三定律 热力学零度（绝对零度）是不能达到的！ 当代科学实验室里能产生的最高温度是108K，最低温度是10-8 K，上下跨越了16个数量级。 100多亿年前，宇宙在大爆炸中诞生时，其温度在1039K以上。 大爆炸后10-43秒，宇宙温度为1032K。 几分钟以后温度降到109K ，这时宇宙中合成了第一个稳定的复合核素——4He。 几十万年后，当温度降到4000K时，随着中性原子的有效复合，宇宙变得透明了，今日的宇宙温度已冷却到2.735K，称为微波背景辐射温度。 人体温度为37℃，室温为20℃--30℃，即300K左右，我们生活的环境温度的起伏上下不过几十度。 补充：温度大观 从18世纪末到19世纪中，通过降温和压缩的方法先后实现了氨、氯、硫化氢、二氧化硫、乙炔、二氧化碳等气体的液化。 1863年，发现了气液转换的关键问题 “临界点”。在“临界温度”以上，无论怎样，气体都不可能液化。 1875至1880年，德国工程师林德（K. Linde）根据焦耳-汤姆孙效应，采用“循环对流冷却法”制成了气体压缩式致冷机，导致氧、氢液化的成功 1877年盖勒特（Gailletet）在巴黎液化了氮和氧。 1902年法国工程师乔治·克劳德（Georges Claude）液化了空气