1、1,物理学的第三次大综合,物理学的第三次大综合是从热学开始的，涉及到宏观与微观两个层次 .,宏观理论热力学的两大基本定律: 第一定律, 即能量守恒定律; 第二定律, 即熵增加定律 .,热力学与统计物理的发展, 加强了物理学与化学的联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 .,科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律, 气体分子动理论应运而生 .玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学 .,2,二. 内容：与热现象有关的性质和规律,引言,热学研究对象及内容,一. 研究对象：热力学系统 由大量分子或原子组成； 系统外的物体称外界。,热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。,热运动
2、: 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动 .,特征：单个分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律.,整体（大量分子） 服从统计规律 .,3,表示大量分子集体特征的物理量.,三. 宏观量：,表征系统整体性质的物理量.,可直接测量（如体积、压强、温度、内能等）.,描写单个微观粒子运动状态的物理量.,四. 微观量：,一般不能直接测量（如分子质量、速度、能量等）.,宏观描述和微观描述是描述同一物理现象的两种不同方法，因此它们之间有一定的内存联系。,宏观量是微观量的统计平均值（如压强和大量分子撞击器壁时动量变化率的统计平均值有关）,宏观量,微观量,4,五. 热学的研究方法：,1. 热力学 宏观描述
3、，对系统进行整体描述。,实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 .,1）具有可靠性；2）知其然而不知其所以然；3）应用宏观参量 .,5,2. 气体动理论 微观描述，统计物理方法,研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计平均的方法，研究热现象及规律的微观本质。,两种方法的关系,气体动理论,热力学,相辅相成,1）揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .,6,平衡态是一定条件下对实际情况的概括和抽象（理想状态） 。,在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间改变的状态（热动态平衡）。,例: 对气体平衡
4、态的描述,描述系统平衡态的宏观参量（状态参量）,平衡态下状态参量不随时间变化； 在PV图上一个点表示一个平衡态。,常用：P、V、T,一. 平衡态：,7-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律,7,1）单一性（ P、V、T处处相等）; 2）物态的稳定性 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡（有别于力平衡）.,注：一个系统总要受到外界的干扰，所以严格的平衡态是不存在的。平衡态是一个理想状态。,实际情况大部分可近似平衡态。,8,二 气体状态参量 p、V、T,描述系统平衡态的宏观参量（状态参量）.,1. 气体压强 p：作用于容器壁上单位面积的正压力（力学描述）.,单位：Pa,标准大气
5、压(atm)：45纬度海平面处, 0时的大气压.,2. 体积V : 气体所能达到的最大空间（几何描述）.,单位：m3,3. 温度T : 气体冷热程度的量度（热学描述）.,国际单位：温标K（开尔文）.,9,温标：温度的数值表示。,热力学温标T：单位K（开）：国际单位制中7个基本量之一.,摄修斯（摄氏）温标 t：单位 .（三相点温度为0 ）,3. 温度T :,三相点温度,1954年国际上规定：标准温度定点为水的三相点，即水、冰和水汽共存而达到平衡态时的温度。,目前实验室已获得的最低温度达到 2.41011K，接近0K。,热力学理论已给出过结论：热力学零度（绝对零度）是不能达到的（热力学第三定律）。
6、,10,三 理想气体状态方程,理想气体：在各种压强下都严格遵守玻意耳定律的气体。理想模型。,玻意耳定律：,pV常量 （温度不变）,状态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系 .,对一定质量的同种理想气体,由实验定律（玻意尔定律、阿伏伽德罗定律等）和理想气体温标综合得到,P0、V0、T0标准状态参量值。,11,三 理想气体状态方程,对一定质量的同种理想气体,不定质量的同种理想气体,m气体的质量。 M摩尔质量 。,气体的物质的量（摩尔数）。,理想气体状态方程,12,普适气体常量R：,阿伏伽德罗定律指出：在相同温度和压强下，1 mol的各种理想气体的体积都相同。可得,NA6.0231023/mol,玻尔兹曼常量：,阿伏伽德罗常量：,1 mol的任何气体所含分子数。,13,四 气体分子数密度：,单位体积内气体分子的个数。,可得,气体压强,NV中的气体总数.,设单个气体分子的质量为 m。则,有,在0和标准大气压下 n2.691025m-3,14,热平衡：,系统的冷热状态不随时间变化。,温度概念是建立在热平衡的概念的基础上。,意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的特征：它们的温度相同,热力学第零定律：,实验表明：若 A与C热平衡， B与C热平衡；则 A与B热平衡。,温度的测量就是根据热力学第零定律进行的。,五 热力学第零定律：,本节结束,
