1、 热热 学学1第1页目目 录录 概述概述第第1章章 理想气体状态方程理想气体状态方程第第2章章 分子动理论分子动理论第第3章章 热力学第一定律热力学第一定律第第4章章 热力学第二定律热力学第二定律2第2页概概 述述一、热学研究对象一、热学研究对象 冷热冷热-温度温度与温度相关物理规律与温度相关物理规律热学意义：热学意义：1)大量存在大量存在 2)能量转化能量转化对象特征：大量无规运动粒子组成对象特征：大量无规运动粒子组成超人超人 与宇宙同时出生与宇宙同时出生(150亿年前亿年前)每秒数每秒数10个分子个分子数到现在才数了数到现在才数了3第3页地球上地球上全部大气全部大气约有约有1044个分子个
2、分子一个人一个人每次呼吸气体每次呼吸气体大约是大约是1022个分子个分子比值靠近比值靠近1个摩尔数值个摩尔数值有什么关系吗？有什么关系吗？4第4页二、研究热现象两大分支二、研究热现象两大分支1.热力学热力学 宏观宏观 试验试验 能量能量 可靠可靠2.统计物理统计物理微观微观理论模型理论模型相辅相成、相互补充相辅相成、相互补充普物任务普物任务开门、见识开门、见识物理绿洲物理绿洲经典粒子经典粒子量子粒子量子粒子牛顿力学规律牛顿力学规律量子力学规律量子力学规律先经典、后量子先经典、后量子概念、方法相通概念、方法相通5第5页 统计物理基本思想统计物理基本思想 宏观上一些物理量是组成系统大量分子宏观上一
3、些物理量是组成系统大量分子 进行无规运动一些微观量统计平均值进行无规运动一些微观量统计平均值 宏观量宏观量 实测物理量实测物理量 如如 P T E 等等 微观量微观量 组成系统粒子组成系统粒子(分子、原子、或其它分子、原子、或其它)质量、动量、能量等等质量、动量、能量等等无法直接测量量无法直接测量量 第一第一 气体分子系统统计分布气体分子系统统计分布6第6页处理问题普通思绪处理问题普通思绪从单个粒子行为出发从单个粒子行为出发大量粒子行为大量粒子行为-统计规律统计规律统计方法统计方法模式：假设模式：假设 结论结论 验证验证 修正修正 理论理论比如：微观认为宏观量比如：微观认为宏观量P 是大量粒子
4、碰壁平均作用力是大量粒子碰壁平均作用力先看一个先看一个碰一次碰一次再看再看集体集体7第7页统计方法：统计方法：一个粒子屡次行为一个粒子屡次行为多个粒子一次行为多个粒子一次行为结果相同结果相同如：掷硬币如：掷硬币 看正反面出现百分比看正反面出现百分比 百分比靠近百分比靠近1/2统计规律性：统计规律性：大量随机事件从整体上表现出来规律性大量随机事件从整体上表现出来规律性 量必须很大量必须很大(魔术师魔术师)统计规律性含有涨落性质统计规律性含有涨落性质(伽耳顿板演示伽耳顿板演示）8第8页分布曲线分布曲线飞镖飞镖9第9页xx小球落入其中一小球落入其中一.分布服从分布服从统计规律统计规律大量小球在空间大
5、量小球在空间格是一个偶然事件格是一个偶然事件 小球数按空间小球数按空间位置位置 x 分布曲线分布曲线伽耳顿板演示伽耳顿板演示10第10页11第11页什么叫统计规律？什么叫统计规律？在一定在一定宏观条件宏观条件下下 大量偶然大量偶然事件在整体上表事件在整体上表现出现出确定规律确定规律统计规律必定伴伴随统计规律必定伴伴随涨落涨落什么叫涨落？什么叫涨落？对统计规律偏离现象对统计规律偏离现象涨落有时大涨落有时大 有时小有时小 有时正有时正 有时负有时负比如：比如：伽耳顿板试验中伽耳顿板试验中 某坐标某坐标x附近附近x区间区间内分子数为内分子数为N 涨落幅度：涨落幅度：12第12页涨落百分比：涨落百分比
6、：如如涨落幅度涨落幅度涨落百分比涨落百分比什么概念呢？什么概念呢？某次测量落在这个区间分子数是：某次测量落在这个区间分子数是：13第13页假如在这个区间分子数是：假如在这个区间分子数是：涨落幅度涨落幅度和涨落百分比和涨落百分比结论：结论：分子数愈多分子数愈多 涨落百分比愈小涨落百分比愈小 涨落实例：涨落实例：微电流测量时电流涨落微电流测量时电流涨落电子器件中电子器件中“热噪声热噪声”14第14页第二第二 热力学基础热力学基础从试验归纳总结从试验归纳总结定律定律热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律基础定律基础定律地位：地位：相当于力学中牛顿定律相当于力学中牛顿定律-能量转化能
7、量转化-过程方向过程方向性性15第15页三、三、本课程中研究对象理想特征本课程中研究对象理想特征1.对象对象 理想气体理想气体 宏观定义：宏观定义：严格恪守气体三定律严格恪守气体三定律 实际气体理想化：实际气体理想化：P 不太高不太高 T 不太低不太低微观上也有定义微观上也有定义理论框架主体是理论框架主体是理想气体理想气体1)在理想气体理论在理想气体理论基础上加以修正基础上加以修正2)经验经验若高压若高压 低温？低温？16第16页2.状态状态平衡态平衡态定义：定义：在不受外界影响条件下在不受外界影响条件下 对一个孤立对一个孤立系统系统 经过足够长时间后经过足够长时间后 系统到达系统到达一个宏观
8、性质不随时间改变状态一个宏观性质不随时间改变状态用一组宏观量描述某时状态用一组宏观量描述某时状态非平衡态非平衡态17第17页实际上处理：实际上处理：1)是否可看作平衡态？是否可看作平衡态？足够长足够长2)实在不行实在不行-分小块分小块3)远离平衡态远离平衡态-非线性非线性 耗散结构耗散结构本课主体：本课主体：平衡态平衡态介绍：介绍：远离平衡态远离平衡态注意区分平衡态和稳定态注意区分平衡态和稳定态恒高温恒高温恒低温恒低温18第18页l每一时刻系统都处于平衡态每一时刻系统都处于平衡态l实际过程理想化实际过程理想化-无限迟缓无限迟缓(准准)l“无限迟缓无限迟缓”：系统改变过程时间：系统改变过程时间驰
9、豫时间驰豫时间例例1 气体准静态压缩气体准静态压缩过程时间过程时间 1 秒秒3.过程过程准静态过程准静态过程驰豫驰豫时间时间19第19页例例2 准静态传热准静态传热热库热库非静态过程非静态过程热库热库热库热库准静态过程准静态过程每一微小每一微小过程均是过程均是平衡过程平衡过程20第20页 实际过程太快速了实际过程太快速了 怎么办？怎么办？1)修正原理论修正原理论 2)更普遍理论或经验更普遍理论或经验 本课介绍本课介绍 气体分子动气体分子动理论理论 平衡态下平衡态下 理想气体状态量与微观量关系理想气体状态量与微观量关系热力学基础热力学基础 试验总结试验总结-必定包括过程必定包括过程 结论是普适（
10、对象结论是普适（对象 过程不限）过程不限）但但 详细理论计算详细理论计算 必是必是理气、准静态过程理气、准静态过程21第21页 经过本课程：明确经过本课程：明确 理论建立过程理论建立过程 理论指导作用理论指导作用22第22页 第第 1 章章 理想气体状态方程理想气体状态方程 一、几个基本概念一、几个基本概念 1.温度温度处于热平衡系统所含有共同宏观性质处于热平衡系统所含有共同宏观性质 2.热平衡定律热平衡定律(热力学第零定律热力学第零定律)试验表明试验表明：若：若 A与与C热平衡热平衡 B与与C热平衡热平衡 则则 A与与B热平衡热平衡意义：意义：互为热平衡物体必定存在一个相同互为热平衡物体必定
11、存在一个相同 特征特征-它们温度相同它们温度相同23第23页二、理想气体状态方程二、理想气体状态方程M-质量质量 -mol 质量质量V-理气活动空间理气活动空间R-普适气体恒量普适气体恒量第零定律第零定律 不但给出了温度概念不但给出了温度概念 而且指而且指 出出了判别温度是否相同方法了判别温度是否相同方法24第24页惯用形式惯用形式系统内有系统内有 N个分子个分子每个分子质量每个分子质量 m惯用形式惯用形式25第25页 分子数密度分子数密度 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数理想气体状态方程理想气体状态方程26第26页热力学系统由大量粒子组成热力学系统由大量粒子组成1)标况标况十亿亿亿十亿亿亿27第27页2)高真空高真空十亿十亿 大量、无规大量、无规 统计方法统计方法 数学基础数学基础-概率论概率论28第28页1.理气状态方程理气状态方程2.不漏气系统不漏气系统各状态关系各状态关系讨论讨论29第29页3.P-V 图图通常还画通常还画 P-T、P-VT-V、T E 图图PVP V 图上一个图上一个点点代表一个代表一个平衡态平衡态一条一条线线代表一个准代表一个准静态过程静态过程第第1章结束章结束30第30页
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