1、热 学,目 录概述 第1章 理想气体状态方程 第2章 分子动理论 第3章 热力学第一定律 第4章 热力学第二定律,1. 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,一、热学研究对象及内容,2. 内容：与热现象有关的性质和规律热现象：物质中大量分子热运动的集体表现。,概 述,二、热学的研究方法,1. 宏观描述方法-热力学方法由实验确定的基本规律，研究热现象的宏观特性和规律。 对系统进行整体描述。,2. 微观描述方法-统计物理方法从物质的微观结构出发，用统计平均的方法，研究热现象及规律的微观本质。,1. 统计物理的基本思想- 宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子进行无规运动的一些微观
2、量的统计平均值（1） 宏观量-表征系统整体性质的物理量可以实际测量的物理量 如 P T E 等（2） 微观量描写单个微观粒子运动状态的物理量组成系统的粒子(分子、原子、或其它) 的质量、动量、能量等等,无法直接测量的量,三、 气体分子系统的统计分布,2. 解决问题的一般思路 从单个粒子的行为出发 大量粒子的行为- 统计规律,统计的方法,例如：微观认为宏观量P是大量粒子碰壁的平均作用力,先看一个碰一次,再看集体,统计方法：,一个粒子的多次行为 多个粒子的一次行为,结果相同,如：掷硬币 看正反面出现的比例比例接近1/2 统计规律性： 大量随机事件从整体上表现出来的规律性量必须很大 统计规律性具有涨
3、落性质(伽耳顿板演示）,分布曲线,飞镖,小球落入其中一,分布服从统计规律,大量小球在空间的,格是一个偶然事件,伽耳顿板演示,什么叫统计规律？ 在一定的宏观条件下 大量偶然事件在整体上表现出确定的规律 统计规律必然伴随着涨落 什么叫涨落？ 对统计规律的偏离现象 涨落有时大 有时小 有时正 有时负 例如：伽耳顿板实验中 某坐标x附近x区间 内分子数为N 涨落的幅度：,涨落的百分比：,如,什么概念呢？ 某次测量落在这个区间的分子数是：,四、热力学基础,从实验归纳总结,定律,热力学第一定律 热力学第二定律 基础定律,地位： 相当于力学中的牛顿定律,-能量转化 -过程方向性,五、 本课程中研究对象的理想
4、特征,1.对象,理想气体,宏观定义： 严格遵守玻意耳定律实际气体理想化： P 不太高 T 不太低,1) 在理想气体理论基础上加以修正,2) 经验,理想气体-是一种假想的、在任何情况下都能严格遵循气体玻意耳定律PV/T=R的气体。,从微观上考虑，理想气体有两点不同于实际气体：,(1)气体分子本身的体积可以忽略；,(2)在任何情况下，理想气体的分子之间不具有相互作用。,理想气体是一个科学的抽象概念，客观上并不存在理想气体，它只能看作是实际气体在压力很低时的一种极限情况。,2.状态,平衡态,定义：在不受外界影响的条件下，对一个孤立系统，经过足够长的时间后，系统达到一个宏观性质不随时间变化的状态。 -
5、宏观上的寂静状态微观上系统并不是静止的-动态平衡,用一组宏观量描述某时的状态,非平衡态,每一时刻系统都处于平衡态 实际过程的理想化-无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间驰豫时间 例1 气体的准静态压缩,过程时间 1 秒,3.过程,准静态过程,实际过程太迅速了 怎么办？1)修正原理论2)更普遍的理论或经验六、本课介绍 1.气体分子动理论平衡态下 理想气体的状态量与微观量的关系2. 热力学基础 实验的总结-必定涉及过程结论是普适的（对象 过程不限）但 具体的理论计算 必是理气、准静态过程,第 1 章 理想气体状态方程,一、几个基本概念1.温度物体的冷热程度 处于热平衡的系统所具有的共同
6、的宏观性质2.热平衡定律(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 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,二、理想气体状态方程,M - 质量 - mol 质量 V - 理气活动空间,R-普适气体恒量,第零定律 不仅给出了温度的概念 而且指 出了判别温度是否相同的方法,常用形式 系统内有 N个分子 每个分子质量 m,常用形式,分子数密度,玻耳兹曼常数,理想气体状态方程,热力学系统由大量粒子组成 1) 标况,十亿亿亿,2) 高真空,十亿,大量、无规则,统计方法,数学基础-概率论,1.理气状态方程,2.不漏气系统 各状态的关系,3. P-V 图,通常还画 P - T、P - V T - V 、T E 图,P V 图上一个点代表一个平衡态 一条线代表一个准静态过程,第1章结束,
