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热学（Thermotics）

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。大量分子的无规则运动称为热运动。——热现象的本质核心概念：温度如何描述和研究？热力学统计力学一、热学的研究方法1、宏观法最基本的实验规律?逻辑推理(运用数学)------称为热力学优点：可靠、普遍。缺点：未揭示微观本质。

2、微观法物质的微观结构+统计方法（三大统计规律）------称为统计物理其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)优点：揭示了热现象的微观本质。缺点：可靠性、普遍性差。宏观法与微观法相辅相成，彼此联系又相互补充。

第7章温度和气体动理论(TemperatureandGasdynamictheory)

【学习目的】1、理解系统、外界、平衡态等基本概念。2、掌握温度、温标理想气体状态方程。3、掌握气体压强公式及温度的微观意义。4、掌握能量均分定理和麦克斯韦速率分布律。

§7.1宏观与微观一、热力学系统与外界热力学研究的对象——热力学系统。在热学中所研究的对象，都是由大量分子或原子组成的宏观物体或物体系统（如气体、液体、固体等），称为热力学(系统)。系统以外的物质统称为外界或环境。

根据系统与外界之间的相互作用以及能量、质量交换的情况，可以把系统分为：孤立系统——与外界既无能量交换又无质量交换的系统。封闭系统——与外界有能量交换但没有质量交换的系统。绝热系统——与外界没有热量交换的系统。开放系统——与外界既可交换能量又可交换质量的系统。

二、宏观量与微观量宏观描述：从整体上描述一个系统的状态。相应的物理量为宏观量，一般可以直接测量。如M、V、E等----可以累加，称为广延量。P、T等----不可累加，称为强度量。微观描述：通过对微观粒子运动状态的说明而对系统的状态加以描述。描述一个微观粒子状态的物理量为微观量。如分子的质量m、直径d、速度v、动量p、能量?等。微观量与宏观量有一定的内在联系。(宏观量总是一些微观量的统计平均值)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。

三、平衡态对于一个封闭系统，在经过相当长的时间后，此系统整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态。热力学系统所处的这种状态称为平衡状态。系统处于平衡态时的另一特征，表现为系统内部没有宏观的粒子流动和能量流动。组成系统的大量微观粒子仍处在不断的运动之中（运动的平均效果不变）。因此热力学的平衡状态是动态平衡。箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。平衡态是一个理想状态，但很多实际问题可以近似看作平衡态。

§7.2温度的概念绝热板宏观：ABA、B两系统互不影响各自达到平衡态导热板A、B两系统的平衡态有联系，达到共同的热平衡状态（热平衡），A、B两体系有共同的宏观性质，称为系统的温度。AB处于热平衡的多个系统具有相同的温度微观：温度是分子热运动剧烈程度的标志。

一、热力学第零定律热力学第零定律：如果两个热力学系统中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。A和B同时与C进行热接触，经过足够长C的时间，A和B将与C达到热平衡。ABC物体的状态不会发生任何变化，ABA与B仍然处于热平衡

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，它的特征就在于一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度的测量就是根据热力学第零定律和温度的概念进行的。二、温标温度的数值表示法叫做温标。由热胀冷缩特性，标准状态下，冰水混合，留一刻痕，水沸腾，又一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（C）。o

§7.3理想气体温标根据理想气体的玻意耳定律，可以给出理想气体温标PV=常数（温度不变）理想气体：在任何压强下都严格遵守玻意耳定律的气体。定义理想气体温标T，使PV?TP液相临界点固相水的相图，三相点只有一个609Pa气相T273.16K

毛细管水银槽体积保持不变h指示针O泡BMM热力学温标与任何物质特性无关，但与理想气体温标等价。国际温标摄氏温标摄氏温度t与热力学温度T的关系热力学零度是不能达到的！——热力学第三定律

§7.4理想气体状态方程对一定质量的同种理想气体，任一状态下的PV/T值相等。理想气体状态方程（克拉伯龙方程）或摩尔气体常量气体的摩尔数气体的摩尔质量

阿伏加德罗常量：1mol任何气体中都有N个分子。A波尔兹曼常量：则理想气体状态方程为或N——体积V中的气体分子总数——单位体积内的气体分子个数

理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体。T不变玻—马定律PV=CP不变V不变盖—吕萨克定律V/T=C克拉伯龙方程PV=vRTn=1mol查理定律P/T=CPV/T=R

注意1）方程中有