热学热学 电子教案电子教案 宏观法与微观法相辅相成。宏观法与微观法相辅相成。热学热学（Heat） 热学是研究与热现象有关的规律的科学。热学是研究与热现象有关的规律的科学。 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。热现象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热运动。大量分子的无规则运动称为热运动。热学的研究方法：热学的研究方法：1.宏观法宏观法. 最基本的实验规律最基本的实验规律逻辑推理逻辑推理(运用数学运用数学) -称为热力学。称为热力学。 优点：可靠、普遍。优点：可靠、普遍。 缺点：未揭示微观本质。缺点：未揭示微观本质。2.微观法微观法. 物质的微观结构物质的微观结构 + 统计方法统计方法 -称为统计力学称为统计力学 其初级理论称为气体分子运动论其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论气体动理论) 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。第一章第一章 温度温度 (Temperature)1.1 宏观和微观宏观和微观1.2 温度温度1.3 理想气体温标理想气体温标1.4 理想气体状态方程（自学）理想气体状态方程（自学）热力学系统与外界热力学系统与外界 热力学研究的对象热力学研究的对象-热力学系统热力学系统. 它包含极大量的分子、原子。它包含极大量的分子、原子。 以以阿佛加德罗常数阿佛加德罗常数 NA =61023计。计。 热力学系统以外的物体称为外界。热力学系统以外的物体称为外界。1.1 宏观和微观宏观和微观例：若汽缸内气体为系统，其它为外界例：若汽缸内气体为系统，其它为外界 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，一般可以直接测量。从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。 如如 M、V、E 等等-可以累加，称为可以累加，称为广延量广延量。 P、T 等等-不可累加，称为不可累加，称为强度量强度量。2. 微观量微观量 描述系统内微观粒子的物理量。描述系统内微观粒子的物理量。 如分子的质量如分子的质量m、 直径直径 d 、速度、速度 v、动量、动量 p、能量、能量 等。等。 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。 例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果，例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果， 它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。它与大量分子对器壁的冲力的平均值有关。 平衡态平衡态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，称为平衡态。状态，称为平衡态。气缸中的气体？气缸中的气体？ 平衡态是一个理想化平衡态是一个理想化模型模型，我们主要研究平衡态的热学规律。我们主要研究平衡态的热学规律。说明两个概念：说明两个概念：动态平衡动态平衡 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞， 每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间 改变。这称为动态平衡。改变。这称为动态平衡。箱子假想分成两相同体积箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。两侧粒子数相同。粒子数是宏观量粒子数是宏观量涨落涨落 处在平衡态的系统的宏观量，如压强处在平衡态的系统的宏观量，如压强P，不随时间改变，不随时间改变， 但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样，但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样， 这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。上例中两侧粒子数不可能上例中两侧粒子数不可能严格相同，这里的偏差也严格相同，这里的偏差也就是涨落。就是涨落。布朗运动是可观测的涨落现象之一。布朗运动是可观测的涨落现象之一。1.2 温度温度ABAB绝热板绝热板导热板导热板A、B 两体系互不影响两体系互不影响各自达到平衡态各自达到平衡态A、B 两体系的平衡态有联系两体系的平衡态有联系达到共同的热平衡状态（达到共同的热平衡状态（热平衡热平衡），），A、B 两体系有共同的宏观性质，两体系有共同的宏观性质，称为系统的称为系统的温度温度。处于热平衡的多个系统具有相同的温度处于热平衡的多个系统具有相同的温度温度测量温度测量ABC设设 A 和和 B、B 和和 C 分别热平衡，分别热平衡，则则 A 和和 C 一定热平衡。一定热平衡。 （热力学第零定律）（热力学第零定律）ABA 和和 B 热平衡，热平衡， TA=TB ；B A， A 改变很小，改变很小，TA 基基本是原来体系本是原来体系 A 的温度的温度热胀冷缩特性，标准状态下，冰水混合，热胀冷缩特性，标准状态下，冰水混合，B 上留一刻痕，上留一刻痕， 水沸腾，又一刻痕，之水沸腾，又一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（间百等份，就是摄氏温标（Co）。）。酒精或水银酒精或水银1.3 理想气体温标理想气体温标用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确用理想气体的波义耳定律，可以给出用理想气体的波义耳定律，可以给出理想气体温标理想气体温标PV=const.（温度不变）（温度不变） 理想气体严格遵守波义耳定律理想气体严格遵守波义耳定律定义定义理想气体温标理想气体温标 T，使，使 PV T TP273.16 K气相气相液相液相固相固相临界点临界点609Pa水的相图，水的相图，三相点只有一个三相点只有一个（水的三相点演示）（水的三相点演示）泡泡B毛细管毛细管指示针指示针hMMO水银槽水银槽体积保持不变体积保持不变摄氏温度摄氏温度 t 与理想气与理想气体温度体温度 T的关系的关系 t=T-273.15稀薄的实际气体稀薄的实际气体接近理想气体，接近理想气体，温度很低时气体温度很低时气体液化，气体温度液化，气体温度计失效。计失效。热力学温标热力学温标与任何物质与任何物质特性无关，但与特性无关，但与理想气理想气体温标体温标等价等价