高二物理競(jìng)賽課件熱力學(xué)的基本規(guī)律

熱力學(xué)的基本規(guī)律統(tǒng)計(jì)物理理論的發(fā)展統(tǒng)計(jì)物理理論的發(fā)展路德維希.玻爾茲曼（LudwigBoltzmann，1844-1906），奧地利最偉大的物理學(xué)家之一，在氣體的分子運(yùn)動(dòng)理論、統(tǒng)計(jì)力學(xué)和熱力學(xué)方面做出了卓越的貢獻(xiàn)。作為哲學(xué)家，他反對(duì)實(shí)證論和唯象論，并在原子論遭到嚴(yán)重攻擊的時(shí)刻堅(jiān)決捍衛(wèi)它。和其他學(xué)科一樣，首先應(yīng)當(dāng)選取研究對(duì)象，對(duì)于力學(xué)，研究對(duì)象有質(zhì)點(diǎn)，剛體等，對(duì)于熱學(xué)而言，如何選擇研究對(duì)象并對(duì)之進(jìn)行定量描述呢？宏觀系統(tǒng)由大量微觀粒子組成，微觀粒子永不停歇進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)，其宏觀量如果在系統(tǒng)不受外界影響時(shí)保持不變呢？其宏觀量在系統(tǒng)受到外界影響時(shí)是否能保持不變呢？一、系統(tǒng)與外界1.系統(tǒng)：

為了便于研究某種現(xiàn)象的規(guī)律，需要從物質(zhì)世界中選定某一有限的宏觀客體作為研究對(duì)象，該研究對(duì)象被稱為系統(tǒng)。2.熱力學(xué)系統(tǒng)：

如果研究系統(tǒng)的熱力學(xué)性質(zhì)，則系統(tǒng)被稱為熱力學(xué)系統(tǒng)。3.外界：

與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體稱為外界。特征：熱力學(xué)系統(tǒng)必須包含大量的物質(zhì)微觀粒子（如分子、原子和電子等），其大量的數(shù)量級(jí)為1023×1023個(gè)分子）一、系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)與外界相互作用的形式：熱力學(xué)與外界相互作用的三種形式物質(zhì)交換系統(tǒng)與外界之間發(fā)生物質(zhì)交換熱相互作用系統(tǒng)與外界以傳熱的方式交換能量功的形式系統(tǒng)與外界以做功的形式交換能量一、系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)分類I（按照與外界關(guān)系分類）：系統(tǒng)孤立系統(tǒng)開放系統(tǒng)封閉系統(tǒng)物質(zhì)交換無有無能量交換無有有一、系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)分類II（按照物理化學(xué)性質(zhì)分類）：系統(tǒng)特征單相系統(tǒng)系統(tǒng)中各個(gè)部分的性質(zhì)完全一樣復(fù)相系統(tǒng)系統(tǒng)可以分成若干個(gè)均勻的部分非均勻系統(tǒng)系統(tǒng)中各個(gè)部分的性質(zhì)不均勻一、系統(tǒng)與外界熱力學(xué)系統(tǒng)分類III（按照組成成分分類）：系統(tǒng)特征單元系統(tǒng)系統(tǒng)中只包含一種化學(xué)組分多元系統(tǒng)系統(tǒng)包含多種化學(xué)組分二、熱力學(xué)平衡態(tài)

當(dāng)系統(tǒng)與外界存在相互作用時(shí)，一般來說，系統(tǒng)的狀態(tài)隨時(shí)間變化，此時(shí)研究比較困難。現(xiàn)在考慮一種理想情況：當(dāng)外界對(duì)系統(tǒng)的作用可以忽略而可近似看作孤立系統(tǒng)或系統(tǒng)與外界沒有相互作用的孤立系統(tǒng)。該系統(tǒng)會(huì)存在如下特征：經(jīng)驗(yàn)指出，一個(gè)孤立系統(tǒng)，不論其初態(tài)如何復(fù)雜，經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，將會(huì)到達(dá)這樣的狀態(tài)，系統(tǒng)的各種宏觀性質(zhì)在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不發(fā)生任何變化，這樣的狀態(tài)稱為熱力學(xué)平衡態(tài)，簡(jiǎn)稱平衡態(tài)。不符合上述條件的狀態(tài)稱為非平衡態(tài)。二、熱力學(xué)平衡態(tài)解讀：

1.弛豫時(shí)間：由初始狀態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時(shí)間稱為弛豫時(shí)間。

2.熱動(dòng)平衡；

3.存在漲落；

4.由于作為平衡態(tài)的先決條件孤立系統(tǒng)實(shí)際上是不存在的，平衡態(tài)是一個(gè)理想化概念，是在一定條件下對(duì)實(shí)際情況的簡(jiǎn)化和抽象；

5.對(duì)于閉系和開系，只要外界作