导言、第一节.ppt

§1.2 热平衡定律和温度 §1.3 物态方程 二、非理想气体的物态方程 三、简单固体和液体 * * * * 主 讲 何焕典 课程要求： （1）做好课堂笔记，认真听课。 （2）课后复习。 （3）认真完成作业。 遵守课堂纪律；文明听课。 导 言 一、 本课程的任务 ▲ 研究与热现象有关的理论。即热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响 宏观上说是与温度有关的物理性质的变化。 微观上说是与热运动有关的现象。是物质中大量微观粒子无规则运动的集体表现。 热现象： 热运动: 大量分子的无规则运动称为热运动。 热现象在自然界中是普遍存在的。 例：热膨胀、 沸腾、 热辐射、 磁热效应、 原子能级分布、 超导、 超流等 二、研究方法： 1 热力学（thermodynamics）（前五章） 特点：普遍性、可靠性。 2 统计物理学（statistical physics ）（后六章） 特点：可揭示热现象的本质，但受模型局限。 是关于热现象的宏观理论 实验规律 + 逻辑推理 是关于热现象的微观理论 理论模型 + 统计方法 二者关系：相辅相成。 由观察和实验总结出来的热现象规律。 它从物质由大量分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定，由此找出微观量与宏观量之间的关系。 第一章 热力学的基本规律 §1.1 热力学系统的平衡态及其描述 一 热力学系统 1、热力学系统（简称系统） 系统: 任何一个与热现象有关的宏观物质系统。 外界：系统以外并与系统发生相互作用称为外界。 孤立系统：与外界没有相互作用的系统。 封闭系统：与外界只有能量交换而没有物质交换的系统。 开放系统：与外界既有物质交换又有能量交换的系统。 2 系统分类 一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到这样的状态，系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态称为热力学平衡态。 二、热力学平衡态 向真空膨胀 平衡态的特点 1）热动平衡； 2）存在涨落，但小到可以忽略 3）弛豫时间 又如：温度不同的两个物体接触； 封闭容器中的水与蒸汽。 三、状态参量 描述平衡态所需要的变量。 P,V,T 1. 力学参量 ：如一定质量化学纯气体的压强 p、σ 2. 几何参量：V、A、L 3. 化学参量: 如一定质量的混合气体的 ni、mi 4. 电磁参量: E、B、H 广延量：与系统的质量或物质的量成正比。如质量m、体积V、内能U、总磁距m 等。 强度量：与质量或物质的量无关，如 p、T、磁化强度M 等。 关系：广延量/质量、物质的量、体积－－强度量 Vm=V / n , ρ＝m / V , M = m / V 微观量：描写单个微观粒子运动状态的物理量。如分子的质量 m、大小 d、速度 v 等。 简单系统：只需要体积和压强两个参量就可以确定系统的状态。 相：系统中物理性质均匀的部分，它和其他部分之间有一定的分界面隔离开来。 单相系：系统中只有一个相； 复相系：系统中有两个以上的相； 处于非平衡状态的系统的描写 宏观量：表征系统宏观性质的物理量，如系统的体积V、压强 p、温度T 等。 一、热平衡定律 日常生活中，常用温度来表示冷热的程度。 热平衡定律（热力学第零定律）: 温度——冷热程度的数值表示。 在不受外界影响的情况下，如果A 和B 同时与C 处于热平衡，则A 和B 也处于热平衡状态，这一规律被称为热力学第零定律。 热接触： 热平衡： 透热壁 绝热壁 C B A C B A 处在平衡态下的热力学系统，存在一个状态函数，对于互为热平衡的系统，该函数的数值相等。 二、温度的定义 热平衡定律 给出了温度的概念 简单系统，A、B、C处于热平衡状态 A 与C ： C：Pc,Vc; A: PA, VA不是任意 C B A 一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。 —— 温度的基本性质 比较两个物体温度的高低不需要直接接触，可做一温度计。 三、温度计 温标 温度的数值表示法叫做温标 经验温标的三要素：（如液体温度计） ① 选择测温物质和测温属性 ② 选择固定点 ③ 规定测温属性随温度的变化关系（分度） 任何物质的任一属性，只要它随温度的改变而发生单调而显著的变化，都可用来制作温度计。 气体温度计；液体温度计；半导体温度计；热电偶 体积不变时， 设 规定：水的三相点温度为 273.16K。 水的三相点温度： 273.16 K，