物理学研究对象的基本概念系列讲座第三讲热学的基本概念

《物理学研究对象的基本概念系列讲座第三讲热学的基本概念》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、物理学研究对象的基本概念系列讲座第三讲热学的基本概念1.热学物质形态所涉及的基本概念(1)热学：以物质的热运动以及热运动与其他运动形式相互转化规律为研究对象的一门学科。(2)热学物质客体：由大量无规则运动微观粒子组成的宏观物质。①含大量无规则运动微观粒子的实物②热辐射场：一种电磁场，其微观粒子是光子(3)热学系统：由大量微观粒子组成的有限宏观物质，它是从周围环境分离出来的热学研究对象。①与之相关的概念有外界、孤立系、封闭系、开放系：外界：与热学系统相互作用的环境间壁：包围热力学系统的一层外界物质

2、透热壁：能使热学系统与外界进行热传递作用的间壁绝热壁:不能使热学系统与外界有热交换的间壁（理性模型）孤立系统：与外界无任何相互作用（既无物质交换，也无能量交换）的系统封闭系统：与外界只有能量交换（作功或传热），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。——孤立系和封闭系均属理想模型。②最简单热学系统是理想气体系统③具体的物态还有：范德瓦耳斯气体（理想模型）、实际气体、晶体、非晶体、液体等。2.热运动涉及的基本概念(1)热运动：大量微观粒子无规则的运动①微观粒子永不停息的

3、无规则运动——微观粒子的一种运动形式②物体内部大量微观粒子无规则运动的整体表现——宏观物质的一种运动形式③运动剧烈程度与温度有关（2）热力学平衡：系统在不受外界影响下，其宏观性质不随时间变化的状态称系统处于热力学平衡①两个前提ⅰ不受外界影响（不交换能量，也不交换物质）ⅱ宏观性质（V、T、P、等）不随时间变化②状态参量V≡C时称几何平衡；P≡C时称力学平衡；T≡C时称热平衡；组成分子的摩尔质量µ≡C称化学平衡；各相组成不变称相平衡。—均为动态平衡。3.热力学第零定律及其相关的概念(1)定律：若系统

4、A、B分别与系统C处于热平衡，则A、B必然处于热平衡。(2)温度：物体冷热的程度（初中）决定一个热力学系统是否与其它热力学系统处于热平衡的状态参量—态函数（大学）温度是其他四类独立参量：几何参量V、力学参量P、化学参量µ、电磁参量E或B的函数，对理想气体系统达到热平衡:物体系统处于非平衡态时，温度概念不再适用。①热接触：系统之间能发生热传递的接触。②热平衡：系统间仅在热接触条件（无作功）下达到共同的热力学平衡态(3)温标：温度的数值表示法·①两个要素：a.测量依据：测温物质及其测温属性（测温物的

5、某物理量随温度变化的函数关系）由于氦的液化点最低，在实现理想气体温标时做测温物显得优越，而低于1K时氦已经变成液体，故低于1K在理想气体温标中没有物理意义。b.标度方法——选固定点（测量基准）②经验温标V=V(T)或P=P(T)③理想气体温标：理想气体温标不依赖于任何一种气体的个性，而依赖于气体的共性，它是建立在压强趋近于0的前提下，任何气体趋于一共同的极限值。·④热力学温标：在热力学第一、二定律基础上引入的，使用的温度计是一个理想的可逆卡诺热机，令它工作于水的三相点和待测物之间，与它们交换的热

6、量分别为Qtr和Q由此定义的温标：称热力学温标。ⅰQ为任何物质都可具有的测温属性；T∝Q，消除了“相对性”——不因测温物的属性不同而变。ⅱ是一种理想化的情况，因可逆卡诺机实际不能实现。ⅲ由于水的三相点有高度复现的优越性，且水的冰点为273.15°K，而三相点温度近似为0.01℃，故规定水的三相点温度为273.16K。⑤常见的几个温标的固定点：ⅰ华氏温标：纯水在标准气压下，冰点定为32℉，沸点定为212℉，（荷兰华伦海特）ⅱ摄氏温标：纯水在标准气压下冰点定为0℃，沸点定为100℃（瑞典摄尔修斯）ⅲ

7、开氏温标：纯水在标准气压下冰点定为273.15°K（英国开尔文）ⅳ热力学温标：纯水在标准状况下的三相点定为273.16K。因为1°K与1K相差极微小，故统一用K表示。国际摄氏度t=（T-273.16）℃1K与1℃间隔仅万分之一度内的差别，国际摄氏温度100℃与水的沸点也不严格一致，差1%4.热力学第一定律及其相关的概念(1)定律：外界对系统作功以及系统从外界吸热，这两部分完全用于系统内能的增加（本质：热学中的能量转化与守恒）积分式：微分式：(2)能量、内能与内能的增量·能量：反映各种形式运动强弱

8、的普遍量度的物理量·系统外部能量：系统整体运动动能和整体在外力场中的势能即整体的机械能。·内能：不考虑系统外部能量时，系统内部微粒的平均动能、势能及其相互作用能之和——系统内部所具有的能量。内能是状态的单值函数U=U(r，T)对理想气体U=U(T)。·内能其中并不严格等于全部粒子的静止质量，而是等于排除宏观整体速率影响的与热运动的速率（平均速率、方均根速率）有关的那些相对论质量，即把“由于热运动引起的分子动质量的改变量”考虑进去。·由绝热过程（排除热传递），系统由平衡态1→平衡态2中外界对系统所