1、热学教程第一讲 温度和气体分子运动论 1.1 温度11 1 、平衡态、状态参量温度是表示物体冷热程度的物理量。凡是跟温度有关的现象均称为热现象。热现象是自然界中的一种普遍现象。热学是研究热现象规律的科学。热学研究的对象都是由大量分子组成的宏观物体，称为热力学系统或简称系统。在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不再随时间变化的状态称为平衡态，否则就称为非平衡态。可见系统平衡态的改变依赖于外界影响(作功、传热) 。系统处于平衡态，所有宏观物理都具有确定的值，我们就可以选择其中几个物理量来描述平衡态，这几个量称为状态参量。P 、 V、 T 就是气体的状态参量。气体的体积 V 是指盛放气体的容器的容
2、积，国际单位制中，体积的单位是 m。31m =103L=10 cm63气体的压强 P 是气体作用在容器的单位面积器壁上的平均压力，单位是p 。a1atm=76cmHg=1.013 10 p5a1mmHg=133.3p a11 2 、 温标温度的数值表示法称为温标。建立温标的三要素是：1、选择某种物质的一个随温度改变发生单调显著变化的属性来标志温度，制作温度计。例如液体温度计 T(V)、电阻温度计 T(R)、气体温度计 T(P)、T(V) 等等。这种选用某种测温物质的某一测温属性建立的温标称为经验温标。2、规定固定点，即选定某一易于复现的特定平衡态指定其温度值。1954 年以前，规定冰点为 0，
3、汽点为 100，其间等分 100 份，从而构成旧摄氏温标。1954 年以后，国际上选定水的三相点为基本固定点，温度值规定为 273.16K。这样 0与冰点，100与汽点不再严格相等，百分温标的概念已被废弃。3、规定测温属性随温度变化的函数关系。如果某种温标(例如气体温度计)选定为线性关系，由于不同物质的同一属性或者同一物质的不同属性随温度变化的函数关系不会相同，因而其它的温标就会出现非线性的函数关系。11 3 、理想气体温标定容气体温度计是利用其测温泡内气体压强的大小来标志温度的高低的。T(P)= P是比例系数，对水的三相点有T = P =273.16K3P 是 273.16K 时定容测温泡内
4、气体的压强。于是3T(P)=273.16K (1)3同样，对于定压气体温度计有T(V)=273.16K (2)3V是 273.16K 时定压测温泡内气体的体积。3V用不同温度计测量同一物体的温度，除固定点外，其值并不相等。对于气体温度计也有 。但是当测温泡内气体的压强趋于零时，所有气体温度)(VTP计，无论用什么气体，无论是定容式的还是定压式的，所测温度值的差别消失而趋于一个共同的极限值，这个极限值就是理想气体温标的值，单位为 K，定义式为T= T(V)= T(P)lim0p0p=273.16K =273.16K (3)0p3Vli0p3P11 4 、热力学温标理想气体温标虽与气体个性无关，但
5、它依赖于气体共性即理想气体的性质。利用气体温度计通过实验与外推相结合的方法可以实现理想气体温标。但其测温范围有限(1K1000)，T 1K，气体早都已液化，理想气体温标也就失去意义。国际上规定热力学温标为基本温标，它完全不依赖于任何测温物质的性质，能在整个测温范围内采用，具有“绝对”的意义，有时称它为绝对温度。在理想气体温标适用的范围内，热力学温标与理想气体温标是一致的，因而可以不去区分它们，统一用 T(K)表示。国际上还规定摄氏温标由热力学温标导出。其关系式是：t=T-273.15 (4)o这样，新摄氏温标也与测温物质性质无关，能在整个测温范围内使用。目前已达到的最低温度为 5 10 K，但
6、是绝对零度是不可能达到的。8例 1、定义温标 t 与测温参量 X 之间的关系式为 t =ln(kX),k 为常数* *试求：(1)设 X 为定容稀薄气体的压强，并假定水的三相点 ，试确16.273*T定 t 与热力学温标之间的关系。(2)在温标 t 中，冰点和汽点各为多少度；(3) 在* *温标 t 中，是否存在零度？解：(1)设在水三相点时， X 之值是 ，则有 273 16 =In(kX )将 K 值代入温3o3标 t 定义式，有*(2)3316.27* 16.XInXeInt 热力学温标可采用理想气体温标定义式，X 是定容气体温度计测温泡中稀薄气体压强。故有(3)30lim16.27XKTx因测温物质是定容稀薄气体，故满足 X0 的要求，因而(2)式可写成(4)lin(16.273li 300*txx*TIt这是温标 与温标 T 之间关系式。(2)在热力学温标中，冰点 ，汽点 。在温标 中其Ki15.273KTs15.37*t值分别为 6.1.2736.*Int 475(3)在温标 中是否存在零度？令 =0，有*t *tKeT16.2736.273低于 1K 任何气体都早已液化了，这种温标中 =0 的温度是没有物理意义的。*t
