大學(xué)物理演示(熱學(xué))1(趙)

熱的本質(zhì)（熱是什么？）一、熱質(zhì)學(xué)說(shuō)熱是無(wú)質(zhì)量的某種特殊物質(zhì)。熱質(zhì)說(shuō)成功地解釋了溫度變化、熱傳導(dǎo)。改進(jìn)蒸汽機(jī)、建立傅立葉熱傳導(dǎo)理論、卡諾定理等等。在某一時(shí)期是成功的！法國(guó)科學(xué)家伽桑狄----“熱原子”、“冷原子”。1789年化學(xué)家拉瓦西將“熱質(zhì)”和“光”列為無(wú)機(jī)界23種元素之中緒論二、熱質(zhì)說(shuō)的否定熱質(zhì)說(shuō)是錯(cuò)誤的！三、熱的本質(zhì)-----熱運(yùn)動(dòng)說(shuō)（熱動(dòng)說(shuō)）熱是組成物質(zhì)的微觀粒子運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)。“熱質(zhì)說(shuō)”和“熱動(dòng)說(shuō)”，經(jīng)歷了近兩百年的爭(zhēng)論。19世紀(jì)熱力學(xué)第一定律建立，“熱動(dòng)說(shuō)”取得決定性勝利磨擦生熱試驗(yàn)否定熱質(zhì)說(shuō)英國(guó)倫福得（Count.Rumford），用鉆頭鉆炮筒試驗(yàn)英國(guó)的戴維（HumphreyDavy），真空中的兩塊冰摩擦試驗(yàn)從15世紀(jì)，對(duì)熱的本質(zhì)就存在另一種說(shuō)法---熱的運(yùn)動(dòng)說(shuō)波義爾、胡克、牛頓都從各方面論述了熱動(dòng)說(shuō)一、中國(guó)古代熱學(xué)成就火的發(fā)明和利用是人類認(rèn)識(shí)和掌握熱學(xué)最早知識(shí)萌芽。170萬(wàn)年前，元謀人開(kāi)始用火，世界最早。6000年前，仰韶文化（陜西半坡村出土）火應(yīng)用于生產(chǎn)，燒制陶器。古代測(cè)量熱分為冰、寒、涼、溫、熱幾個(gè)等級(jí)。（溫度概念還沒(méi)出現(xiàn)）?！盃t火純青”--1200℃，（在鑄青銅）。東漢王允《論衡》熱傳導(dǎo)，蒸發(fā)、液化、凝固。熱的本質(zhì)：五行說(shuō)，熱是一種基本物質(zhì)元素。木性藏火…鉆木而生火（北宋劉晝）熱是能量，可以做功，走馬燈，（秦代發(fā)明）熱學(xué)的發(fā)展史二、近代熱學(xué)的開(kāi)端18世紀(jì)70年代—19世紀(jì)30年代，在歐洲第一次工業(yè)革命，以蒸汽機(jī)等機(jī)器代替人力為標(biāo)志。瓦特（Watt，1736—1819），用五年時(shí)間在1768年制成實(shí)用蒸汽機(jī)1785年，蒸汽機(jī)用于紡織業(yè)，1807年用于輪船，1825年用于火車和鐵路。提高蒸汽機(jī)的效率的研究，推動(dòng)了熱學(xué)的發(fā)展，形成了計(jì)溫學(xué)、量熱學(xué)、熱本質(zhì)研究、熱力學(xué)、分子運(yùn)動(dòng)學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)等等，構(gòu)成了近代物理學(xué)中的熱學(xué)。我們的課程將講授這些內(nèi)容神州飛船系列中熱學(xué)的重要性熱學(xué)的基本內(nèi)容一個(gè)系統(tǒng)兩個(gè)方面兩種途徑兩種方法若干規(guī)律熱系統(tǒng)（氣體系統(tǒng)）系統(tǒng)的狀態(tài)系統(tǒng)的過(guò)程宏觀微觀熱力學(xué)方法統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法宏觀微觀熱力學(xué)方法統(tǒng)計(jì)力學(xué)方法熱學(xué)是研究物質(zhì)熱現(xiàn)象規(guī)律的學(xué)科《熱學(xué)》

李椿《熱力學(xué)·統(tǒng)計(jì)物理》

汪志誠(chéng)《新概念物理教程》熱學(xué)趙凱華《物理學(xué)》(Physics)第一卷

R.Resnick,D.Halliday

………主要參考書(shū)物質(zhì)的微觀模型1.宏觀物體由大量微?！肿?原子)組成的2.物質(zhì)的分子在永不停息地做無(wú)序熱運(yùn)動(dòng)3.物質(zhì)的分子存在相互作用力擴(kuò)散布朗運(yùn)動(dòng)合力斥力引力O20.1統(tǒng)計(jì)規(guī)律與概率理論20統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)

統(tǒng)計(jì)方法的一般概念20.1.1.伽爾頓板實(shí)驗(yàn):---大量偶然事件整體所遵從的規(guī)律.伽爾頓板實(shí)驗(yàn):單個(gè)粒子運(yùn)動(dòng)----偶然事件(落入那個(gè)槽)大量粒子運(yùn)動(dòng)-----統(tǒng)計(jì)規(guī)律(粒子在槽中的分布)氣體系統(tǒng)的特點(diǎn)：大量，雜亂無(wú)章（布朗運(yùn)動(dòng)），無(wú)法建立動(dòng)力學(xué)方程實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大量分子運(yùn)動(dòng)符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律特點(diǎn):(2)是與單個(gè)粒子遵循的動(dòng)力學(xué)規(guī)律有本質(zhì)區(qū)別的新規(guī)律.(3)與系統(tǒng)所處宏觀條件有關(guān).(4)存在起伏(漲落).（漲落是一個(gè)學(xué)科方向）20.1.2概率（幾率）的基本性質(zhì)實(shí)驗(yàn)總觀測(cè)次數(shù)為N,其中出現(xiàn)結(jié)果A的次數(shù)為NA

事件A出現(xiàn)的概率(1)對(duì)大量偶然事件有效,對(duì)少量事件不適用。概率是用來(lái)衡量偶然事件出現(xiàn)可能性大小的量概率的基本性質(zhì)(1)W=0為不可能事件;W=1為必然事件.(2)A,B為互斥事件,不可能同時(shí)出現(xiàn),則出現(xiàn)A或B的總概率:---概率疊加原理（3）歸一化條件:對(duì)所有可能發(fā)生的事件的概率之和必為1.或(4)J,K為相容事件(可同時(shí)出現(xiàn)），則同時(shí)發(fā)生J和K的概率.----概率乘法定理20.1.3統(tǒng)計(jì)平均系統(tǒng)的宏觀量是在測(cè)量時(shí)間內(nèi),系統(tǒng)所有微觀狀態(tài)中相應(yīng)的微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值!統(tǒng)計(jì)平均值對(duì)物理量M進(jìn)行N次測(cè)量，其統(tǒng)計(jì)平均值為W是Mi的概率熱學(xué)的研究對(duì)象：大量微觀粒子組成的宏觀體系熱力學(xué)系統(tǒng)或簡(jiǎn)稱系統(tǒng)宏觀量:如:氣體的V,P,T...描述系統(tǒng)整體特征的物理量.微觀量:如:粒子的系統(tǒng)中描述單個(gè)粒子特征的物理量.宏觀狀態(tài)參量阿伏伽德羅常數(shù)

NA=6.023×1023/mol20.2.1微觀量與宏觀量20.2統(tǒng)計(jì)物理學(xué)基礎(chǔ)平衡態(tài)：在不受外界影響的條件下，一個(gè)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變的狀態(tài)。動(dòng)態(tài)平衡20.2.2平衡態(tài)與非平衡態(tài)真空膨脹1）單一性;2）穩(wěn)定性；3）自發(fā)過(guò)程的終點(diǎn)；4）熱動(dòng)平衡.平衡態(tài)的特點(diǎn)系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí),系統(tǒng)的宏觀量具有穩(wěn)定值,而單個(gè)粒子的微觀量在不斷變化.4.平衡態(tài)是概率最大的狀態(tài)abcd4個(gè)可分辨熱運(yùn)動(dòng)粒子，在等容體A,B兩室中：（中間隔板打開(kāi)）ABABabcdabcdabdcacdbbcdaabcdacbdbcadabcdacbcbdadabcabdacdbcddcbaabcd14641(平衡態(tài)概率最大)20.2.3理想氣體壓強(qiáng)公式理想氣體分子模型1）分子作完全無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)。2）分子大小可以忽略。3）分子間作用力（除碰撞外）可以忽略。4）分子間，分子與器壁間完全彈性碰橦。推導(dǎo)中用到的統(tǒng)計(jì)概念和統(tǒng)計(jì)假設(shè):①在平衡態(tài)下分子按位置的分布是均勻的②平衡狀態(tài)下分子沿任何方向的運(yùn)動(dòng)都不占優(yōu)勢(shì)，因而有:V--氣體分子自由活動(dòng)的空間；p--分子碰撞器壁的集體表現(xiàn)速度在的分子一次碰撞ds后的動(dòng)量變化為dt時(shí)間內(nèi),凡是在底面積為ds,高為vixdt

的斜柱體內(nèi),推導(dǎo)理想氣體壓強(qiáng)公式的分子都能與ds相碰.而且速度在這些分子作用于ds沖量為dt內(nèi)各種速度分子對(duì)ds的總沖量為:vdsxvixdt因而壓強(qiáng)dsxvi=2vix壓強(qiáng)所以其中為分子的平均平動(dòng)動(dòng)能平衡狀態(tài)下分子沿任何方向的運(yùn)動(dòng)都不占優(yōu)勢(shì)討論；1）壓強(qiáng)公式將宏觀量p和微觀量i的統(tǒng)計(jì)平均值聯(lián)系在一起2）有一定分布（平衡態(tài)）3）闡明了p的微觀本質(zhì)（定性、定量）4.溫度----分子雜亂無(wú)章的熱運(yùn)動(dòng)的平均