1、大学物理学,PHYSICS,任课教师：刘琳,本学期教学内容, 热 学,电磁学,本门课的参考教材,1.大学物理学毛骏健 顾牡主编，高等教育出版社 2.普通物理学程守洙 江之永主编，第五版，高等教育出版社 3.物理学马文蔚改编，第五版，高等教育出版社 4.大学物理学张三慧主编，清华大学出版社 5.大学物理习题册河海大学编，为我校这门课的辅助教材。,总成绩 = 平时成绩 + 期中成绩 + 期末成绩平时成绩 = 作业 + 课上回答问题 + 考勤,本门课考核办法：,热 学,2、一壶水开了，水变成了水蒸气。,1、温度降到0以下，液体的水变成了固体的冰块。,3、物体被加热，物体的温度升高。,热现象,热学研究
2、对象：,自然界中物质与冷热有关的性质及这些性质变化的规律。,研究方法：,引 言,热力学宏观热力学方法。（属宏观理论）,气体动理论微观统计物理学方法。 （属微观理论）,第 14 章,温度和气体动理论,例：汽缸内气体为系统，其它为外界。,一、热力学系统,. 热力学系统：把要研究的宏观物体叫做热力学系统，简称为系统，又称工作物质。,2 . 外界：热力学系统以外的物体称为外界。,用来表征宏观物体性质和状态的物理量称为宏观量， 如：P, T, V, E, S .。,用来表征个别分子性质和运动状态的物理量称为微观量,宏观量是微观量的统计平均值。,描述气体的状态参量：压强、体积和温度,体积（V ）：,气体分
3、子自由活动的空间。,国际单位：,米3（m3 ）,温度（T）：,温度是表征在热平衡状态下系统宏观性质的物理量。,垂直作用在单位容器壁面积上的气体压力。,压强（P）：,国际单位：,帕斯卡（1Pa = 1N/m2）,1标准大气压 = 1.01325105（Pa）,= 760 mmHg,两热力学系统相互接触，而与外界没有热量交换，当经过了足够长的时间后，它们的冷热程度不再发生变化，则我们称两系统达到了热平衡。,热力学第零定律,如果两个热力学系统中的每一个都于第三个热力学系统处于热平衡，则这两个系统彼此也必定处于热平衡。,温度的宏观定义：,表征系统热平衡时宏观性质的物理量。,温度测量,A,A 和 C 热
4、平衡， TA= TC 。,摄氏温标 利用水银或酒精的热胀冷缩特性。 标准状态下，水的冰点（0 ）， 水的沸点（100 ） ，冰点和沸点之差的百分之一规定为1 。,热力学温标,温标 温度的数值表示法。,二、平衡态 准静态过程,1. 平衡态,一个孤立系统，其宏观性质在经过充分长的时间后保持不变（即其状态参量不再随时间改变）的状态。,2. 热力学过程把系统状态发生变化的整个历程称为热力学过程。 简称过程。,准静态过程：,过程进行得足够缓慢，过程中 系统的每一个状态都是平衡态。,中间状态不是平衡态。,非静态过程：,pV 图上：一点代表一个平衡态，一条连续曲线代表一个准静态过程。,这条曲线的方程称为过程
5、方程，准静态过程是一种理想的极限。,理想气体：在任何情况下都严格遵守“波-马定律”、“盖-吕定律”以及“查理定律”的气体。,三、理想气体的状态方程,理想气体的状态方程：,一般气体的状态方程 ： T = f ( p,V ),表示了理想气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关系。,标准状态：,分子质量m。, 分子数N , 气体质量,引入普适常量：玻耳兹曼常量 k,理想气体的状态方程另一种形式,为单位体积内的分子数,摩尔质量,例1 某种柴油机汽缸容量为0.82710-3m3.设压缩前其中气体的温度是47C,压强为8.5 104Pa,当活塞急剧上升时.可把空气压缩到原体积的1/17,压强增加到4.2
6、106Pa.求此时空气的温度,这时将柴油喷入汽缸将发生怎样的情况?(空气可视为理想气体，柴油燃点2200C),解:将空气看作理想气体,有,这一温度超过了柴油的燃点,所以喷入柴油会立即燃烧.,注意：温度用热力学温标k,例2 容器内装有0.1kg氧气.压强为10105Pa,温度为47C,由于容器漏气,经一段时间后压强降到原来的5/8,温度降到27C.问:(1)容器的容积有多大?(2)漏了多少氧气?(设氧气可看作理想气体),解:(1)根据理想气体状态方程,求得,(2)设漏气后的压强、温度分别为p、T,质量为m,根据理想气体状态方程,求得,可见漏去气体质量M=M-m =0.1-0.0667=0.033
7、3kg,四、气体动理论的基本概念,1、分子动理论的基本观点,按照物质结构的理论，自然界所有的物质实体都是由分子组成，分子处于永不停息的、杂乱无章的运动之中；分子与分子之间相隔一定的距离;且存在相互作用力。这样一种关于物质结构的理论称为“分子动理论”。,大量偶然事件整体所遵从的规律称为统计规律。,投掷次数 正面向上次数 概率 蒲丰 4040 2048 0.5069 皮尔逊 12000 6019 0.5016 皮尔逊 24000 12012 0.5005,抛大量次数，正反面出现几率各1/2，呈现规律性。,抛硬币,2、分子热运动与统计规律,五、气体分子的平均自由程和平均碰撞频率,大量分子的分子自由程
8、与每秒碰撞次数服从统计分布规律。,假定,计算平均碰撞频率,实际上其它分子也在运动,运动方向上，以 d 为半径的圆柱体内的分子都将 与分子A 碰撞,一秒钟内:,一秒钟内A与其它分子发生碰撞的平均次数,一切分子都在运动,平均自由程,当温度恒定时,平均自由程与气体压强成反比。,平均自由程,约 109 s-1 1010 s-1,常温常压下 约 10 -8 10 -7 m,平均自由程与平均速率无关！与分子直径，分子数密度有关！,在标准状态下，几种气体分子的平均自由程,选择题,体积恒定时，一定量理想气体的温度升高，其分子的 （A）平均碰撞频率将增大 （B）平均碰撞频率将减小 （C）平均自由程将增大 （D）平均自由程将减小, A ,碰撞频率增大、平均自由程不变,
