大学物理热学课件.ppt

热学的研究对象及内容
▲ 对象：宏观物体（大量分子原子系统）
或物体系 — 热力学系统 。
▲内容：与热现象有关的性质和规律。
外界
系统
外界
例如汽缸中的气体：
外界：热力学系统以外的、与系统相关的其它物体。
第一页，共265页。
宏观物体的微观模型：
大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观体系。
微观粒子体系的基本特征:
(1) 非常小。
(2) 微观粒子数非常巨大.
(3)粒子之间存在相互作用力--分子力.
(4)分子或原子都以不同的速率不停地运动(是杂乱无章的)。
第二页，共265页。
热学的研究方法
▲ 热力学（thermodynamics）（宏观方法）
宏观基本实验规律
热现象规律
逻辑推理
特点：
普遍性、可靠性。（但无法给出更本质的解释，且只能描述平均行为，无法描述涨落）
▲ 统计力学（statistical mechanics）（微观方法）
对微观结构提出模型、假设
统计方法
热现象规律
特点：可揭示本质，描述涨落，但受模型局限。
第三页，共265页。
热力学系统的各种分类
按系统与外界交换特点分：
孤立系统：与外界既无能量又无物质交换的系统
封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换的系统
开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换的系统
绝热系统：与外界没有热量交换的系统
按系统组成的化学成分分：
单元系：由一种化学成分组成的系统，如氧气
多元系：由多种化学成分组成的系统，如空气
按系统组成均匀性分：
单相系：由单一均匀成分构成的系统，如水、
多相系：由多个均匀成分组合的系统，如水与水蒸汽组合的系统
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物态
第五页，共265页。
热学的两部分内容:
(1) 热力学：学习静止物体的不同状态、 它们的能量差别，状态发生转变的规律等。
(为简单起见，忽略与物体运动，几何变形等力学课中相关的东西)。
(2) 分子运动论：学习分子运动的某些规律和描述方法， 以及它们与热力学之间的联系。
（分子：指组成物质的微观粒子。）
具体内容特点：
以气体为主，以气体为例来学习相关概念和原理。其中的一些基本东西是普遍适用的，液体、固体等任何物体都必须遵守它。
实际上，历史上热学的建立和发展与这个问题有过密切关系：
如何将燃料通过燃烧化学反应放出的"热"更有效地转换为机械能?
（即热能←→机械能之间的转换效率。热学因此与“能源”问题关系密切。）
第六页，共265页。
平衡态(equilibrium state):
在无外界影响的条件下，系统所有可观察的宏观性质不随时间改变的状态。
非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统.
设一容器，用隔板将其隔开,当隔板右移时，分子向右边扩散
在这过程中，各点密度、温度等均不相同，这就是非平衡态。但随着时间的推移….
平衡条件:
(1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换，
(2) 系统的宏观性质不随时间改变。
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终了
(平衡态)
扩散
(非平衡态)
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开始
隔板
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抽去隔板
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需要保温的原因是：系统可能会以你不容易察觉的方式偷偷地通过容器壁
与外界交换着某种东西：热=一种能量流动的模式。
平衡态：孤立系统所长期维持的状态。
孤立： 不受干扰，不与系统外的其它物质发生任何关系