大学物理-热学绪论

热学ThermalPhysics一、研究对象1.热现象与热运动(Heatphenomenaorthermaleffect)™与温度有关的物理性质的变化统称为热现象。微观：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。它是一种基本的运动形式。热现象是组成物体的粒子热运动的结果。™热运动是一种基本的运动与其它运动形式（机械运动、电磁运动…）有区别,又可以相互转化。(a)原始形状(b)拉直(c)加热后恢复图1形状记忆效应简易演示实验（a）原始形状（b）折成球形装入登月舱（c）太阳能加热后月球上使用的形状记忆合金天线记忆合金花瓣在不同温度下绽放颜色反映出温度的变化™热运动的特点：个体：无规律总体：存在确定的统计规律.2.热学的研究对象热学是研究与热现象、热运动有关的规律的科学。宏观法与微观法相辅相成。二、热学的研究方法：™宏观法最基本的实验规律→逻辑推理(运用数学)------称为热力学。热现象的宏观理论。可靠、普遍。™微观法物质的微观结构+统计方法------称为统计力学。热现象的微观理论。其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)。揭示了热现象的微观本质。1.热力学系统与外界热力学系统(system)：要研究的相对较大的能被感官所察觉的物体。热力学研究的对象。外界(surroudings)：热力学系统以外的物体。边界（Boundary）:系统于外界的分界面.三、宏观和微观系统系统分类1)孤立系统(anisolatedsystem)：与外界无相互作用，无物质、能量的交换。2)封闭系统(aclosedsystem)：系统与外界有能量的交换，无物质的交换。3)开放系统(anopensystem)：系统与外界即有物质的交换又有能量的交换。2.宏观量与微观量1)宏观量（macroscopicquantity）宏观描述：对一个系统从整体上描述的方法。宏观量：宏观描述中用到的表征系统状态和属性的物理量可用仪器直接测量，可被人的感官察觉。M、V、E、P、T2)微观量(microscopicquantity)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的方法。微观量：描述系统内微观粒子的运动状态所用的物理量。如分子的质量m、直径d、速度、动量、能量ε等。不能直接测量，不能被人的感官察觉。宏观量是微观量的统计平均值。四、平衡态、状态参量1.平衡态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。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。AB汽水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，两侧粒子可以穿越界线，但两侧粒子数相同。粒子数是宏观量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。2.平衡态的状态参量状态参量：描述系统状态的量。气体状态参量)体积V)压强P单位：帕斯卡（Pa）1atm=1.01325×105Pa=76cmHg)温度T反映物质分子运动的剧烈程度。热力学温度T（K）摄氏温度t(℃)T=t+273.15温度（自学）温度的概念热力学第零定律热力学温度T(K)与摄氏温度t（℃)的关系CF5932TT+°=CK15.273TT+=3.1.3理想气体状态方程RTmPVμ=RTPVν=ANN=νP：气体压强V：气体体积m：气体质量μ:摩尔质量T：气体温度（热力学温标）R=8.31J/mol⋅K普适气体常量ν:摩尔数对于理想气体N:气体分子总个数NA=6.02×1023:阿伏伽德罗常数ANRk=J/KNkTPV=kTVNP=nkTP=VNn=n：气体分子的数密度单位体积内的分子数。231038.1−×=玻耳兹曼常数RTNNPVA=RTPVν=