普通物理热学 李椿 电子教案.doc

- PAGE 99 - 第一章 温 度 ◆ 本章学习目标 1、深刻理解热力学第零定律。 2、理解气体的平衡状态、状态参量等概念。 3、掌握测温原理及经验温标、理想气体温标，理解温度的物理意义。 4、掌握理想气体物态方程及其应用。 ◆ 本章教学内容 1、平衡状态 2、温度 3、气体的物态方程 ◆ 本章重点 理想气体物态方程? ◆ 本章教学学时 计划：6 学时 实际：7学时（含1学时习题） ?§1. 平衡态 状态参量 一、平衡态 1、系统与外界 热力学系统（简称系统）——由大量分子原子组成的物体或物体系。 注意：主要研究气体系统，固体和液体系统的热力学问题不在这里研究。 外界—— 一个热力学系统所处的外部环境。 2、系统分类 孤立系统：与外界既不交换能量又不交换物质的系统。 开放系统：与外界既交换能量又交换物质的系统。 封闭系统：与外界交换能量而不交换物质的系统。 ? 均匀系（单相系）：系统的各部分完全一样。 非均匀系（复相系）：系统的各部分不同且有界面。 3、平衡态 定义：在不受外界影响（外界对系统既不做功又不传热）的条件下的热力学系统，宏观性质不随时间变化的状态。 热力学平衡态包括力学平衡、化学平衡、热平衡和相平衡。 这四种平衡都达到才称热力学平衡态。 注意：热力学平衡态与热平衡的区别 热力学平衡 平衡态的条件热力学 平衡态的条件 热力学系统呈现 无粒子流：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反映为压强处处相等。 化学平衡：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化学组成应是处处相等。 可以用p、V、T图来表示。只要上述三个条件一个得不到满足，就是非平衡态，不能用p、V、T图来表示。 4、讨论 1）事实上，并不存在完全不受外界影响，从而使得宏观性质绝对保持不变的系统，所以平衡态只是一种理想模型，它是在一定条件下对实际情况的抽象和近似。 2）由于永不停息的热运动，各粒子的微观量和系统的微观态都会不断地发生变化。但只要粒子热运动的平均效果不随时间改变，系统的宏观状态性质就不会随时间变化。因此，确切地说平衡态应该是一种热动平衡的状态。 3）在平衡状态下，系统的宏观物理量仍会发生微小的变化，称为涨落。组成系统的微观粒子数量极大时，这种涨落很小从而可以忽略。在热力学中可以认为平衡状态下系统的宏观物理量具有确定的数值。 5、平衡态的特点 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。 6、非平衡态 在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。 课后P28 思考题 1 二、状态参量 ——用确定的物理量作为描述系统状态的变量。 统的平衡态描述热力学系 几何参量：体积 统的平衡态 描述热力学系 力学参量：压强 化学参量：质量或物质的量 电磁参量：电场强度、电极化强度；磁感应强度，磁化强度 热力学量可分成：广延量和强度量 广延量：与系统的总质量成正比的量。（体积、面积等） 强度量：与系统的总质量无关的量。（压强、电场强度等） §2. 温 度 引进一个新的物理量——温度来表示系统的冷热程度。 气体的温度，宏观上表现为气体的冷热程度，而微观上看它表示的是分子热运动的剧烈程度。 一、热力学第零定律 热接触：系统间能发生传热的接触。 热平衡：两个系统在发生传热的条件下达到的一个共同的平衡态。 热平衡定律（热力学第零定律）：如果两个热力学系统的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。 热平衡定律为建立温度概念提供了实验基础。 注意：决定系统热平衡的宏观性质为温度，即温度是决定一系统是否与其他系统处于热平衡的宏观性质，特征就在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。 热力学第零定律的物理意义 互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它们的温度是相同的。 热力学第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是否相同的方法。 课后P28 思考题 2 , 3 二、温标 —— 温度的数值表示法 经验温标 —— 在经验上以某一物质属性随温度的变化为依据并用经验公式进行分度的温标。 以液体温度计－摄氏温标为例 原理：利用液体的体积随温度改变的性质制成的。即用液体的体积来标志温度。 选择测温物质，确定测温参量（属性） 经验温标的三要素 选定固定点 进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系 例：水银温度计 （1）水银－测温物质 体积随温度变化－测温属性 （2）冰点－0摄氏度 汽点－100摄氏度 （3）确定测温属性（体积）随温度的变化关系：线性变化 课本P10 表1-1 几种常用的温度计 缺点：采用同一种温标，选