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热学 电子教案
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(分子运动论部分参照了
陈信义编的Word版内容）
大学物理
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宏观法与微观法相辅相成。
热学（Heat）
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。
热学的研究方法：
.
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。
.
物质的微观结构 + 统计方法 ------称为统计力学
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。
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第一章 温度 (Temperature)
§ 宏观和微观
§ 温度
§ 理想气体温标
§ 理想气体状态方程（自学）
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热力学系统与外界
热力学研究的对象----热力学系统.
它包含极大量的分子、原子。 以阿佛加德罗常数 NA =6×1023计。
热力学系统以外的物体称为外界。
§ 宏观和微观
例：若汽缸内气体为系统，其它为外界
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宏观量与微观量
对热力学系统的两种描述方法：
1. 宏观量
从整体上描述系统的状态量，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。
2. 微观量
描述系统内微观粒子的物理量。 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。
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。
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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
状态，称为平衡态。
气缸中的气体？
平衡态是一个理想化模型，我们主要研究平衡态的热学规律。
说明两个概念：
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，
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。
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。
粒子数是宏观量
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涨落
处在平衡态的系统的宏观量，如压强P，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，
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
严格相同，这里的偏差也
就是涨落。
布朗运动是可观测的涨落现象之一。
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§ 温度
A
B
A
B
绝热板
导热板
A、B 两体系互不影响
各自达到平衡态
A、B 两体系的平衡态有联系
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。
处于热平衡的多个系统具有相同的温度
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温度测量
A
B
C
设 A 和 B、B 和 C 分别热平衡，
则 A 和 C 一定热平衡。
（热力学第零定律）
A
B
A 和 B 热平衡， TA=TB ；
B << A， A 改变很小，TA 基本是原来体系 A 的温度
热胀冷缩特性，标准状态下，冰水混合，B 上留一刻痕， 水沸腾，又一刻痕，之间百等份，就是摄氏温标（Co）。
酒精或水银
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§ 理想气体温标
用水银或酒精的热胀冷缩特性，温标不准确
用理想气体的波义耳定律，可以给出理想气体温标
PV=const.（温度不变）
理想气体严格遵守波义耳定律
定义理想气体温标 T，使 PV T
T
P
K
气相
液相
固相
临界点
609Pa
水的相图，
三相点只有一个
（水的三相点演示）
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