引言及第一章溫度

§0-1熱學(xué)的研究對(duì)象、任務(wù)、應(yīng)用

熱學(xué)的任務(wù)：研究物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及熱運(yùn)動(dòng)與其它運(yùn)動(dòng)形式之間相互轉(zhuǎn)化所遵循的規(guī)律這種隨物質(zhì)冷暖變化而引起物質(zhì)的物理性質(zhì)發(fā)生變化的現(xiàn)象——熱現(xiàn)象或者講，研究有關(guān)物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及與熱聯(lián)系的各種規(guī)律熱學(xué)引言1精選ppt研究的對(duì)象：大量微觀粒子所組成的宏觀客體——熱力學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用：測(cè)溫?zé)峁W(xué)和低溫技術(shù)化學(xué)、化工冶金工業(yè)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中2精選ppt§0-2熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀描述和微觀描述

研究方法宏觀理論〔熱力學(xué)〕微觀理論〔統(tǒng)計(jì)物理學(xué)〕在大量實(shí)驗(yàn)的根底上總結(jié)出熱力學(xué)根本定律從氣體的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用力學(xué)規(guī)律借助統(tǒng)計(jì)的方法研究熱力學(xué)規(guī)律優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便、可靠、普適缺點(diǎn)：不能解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)：能解釋熱現(xiàn)象的本質(zhì)缺點(diǎn)：數(shù)學(xué)上的困難3精選ppt§0-3熱學(xué)開(kāi)展簡(jiǎn)史第一時(shí)期——熱學(xué)的早期史，開(kāi)始于17世紀(jì)末，直到19世紀(jì)中葉，這時(shí)期，積累了大量的實(shí)驗(yàn)和觀察的事實(shí)，關(guān)于熱的本性展開(kāi)了研究和討論，為熱力學(xué)理論的建立作了準(zhǔn)備。第二時(shí)期——19世紀(jì)中葉到19世紀(jì)70年代末，熱功相當(dāng)原理奠定了熱力學(xué)第一定律的根底，和卡諾理論結(jié)合導(dǎo)致了熱力學(xué)第二定律的形成，與微粒說(shuō)結(jié)合導(dǎo)致了分子運(yùn)動(dòng)論的建立。但熱力學(xué)與分子運(yùn)動(dòng)論的開(kāi)展彼此隔絕的。第三時(shí)期——19世紀(jì)70年代末到20世紀(jì)初，熱力學(xué)與分子運(yùn)動(dòng)論的結(jié)合導(dǎo)致了統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的產(chǎn)生。第四時(shí)期——起于20世紀(jì)30年代，出現(xiàn)了量子統(tǒng)計(jì)物理學(xué)和非平衡態(tài)理論。形成了現(xiàn)代理論物理學(xué)最重要的一個(gè)部門。4精選ppt內(nèi)容安排1熱力學(xué)根底2

統(tǒng)計(jì)物理學(xué)初步知識(shí)3

物性學(xué)方面的知識(shí)熱力學(xué)平衡態(tài)溫度第一章5學(xué)時(shí)熱力學(xué)第一定律第二章6學(xué)時(shí)熱力學(xué)第二定律第三章5學(xué)時(shí)氣體動(dòng)理論第四章8學(xué)時(shí)非平衡過(guò)程第五章4學(xué)時(shí)非理想氣體固體和液體第六章7學(xué)時(shí)相變第七章6學(xué)時(shí)5精選ppt第一章熱力學(xué)平衡態(tài)溫度

§1-1熱力學(xué)平衡態(tài)狀態(tài)參量

一熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)熱力學(xué)系統(tǒng)孤立系統(tǒng)封閉系統(tǒng)開(kāi)放系統(tǒng)孤立系統(tǒng)各局部宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)-------平衡態(tài)，否那么為非平衡態(tài)〔無(wú)能量、無(wú)物質(zhì)交換〕〔有能量、無(wú)物質(zhì)交換〕〔有能量、有物質(zhì)交換〕例6精選ppt系統(tǒng)呈現(xiàn)平衡態(tài)的條件：〔一〕滿足熱平衡條件系統(tǒng)內(nèi)部處處溫度相等〔二〕滿足力學(xué)平衡條件系統(tǒng)內(nèi)部各局部，系統(tǒng)與外界之間到達(dá)力學(xué)平衡無(wú)外場(chǎng)時(shí)，壓強(qiáng)處處相同〔三〕滿足化學(xué)平衡條件無(wú)外場(chǎng)時(shí)，系統(tǒng)各局部化學(xué)組成處處相同1條件：孤立系統(tǒng)2熱動(dòng)平衡3理想狀態(tài)例7精選ppt二狀態(tài)參量〔物態(tài)參量〕對(duì)一定質(zhì)量，一定種類的化學(xué)純的氣體系統(tǒng)，需兩個(gè)參量描述1體積V——

從幾何角度來(lái)描述的2壓強(qiáng)p

——

從力學(xué)的角度來(lái)描述的3溫度T——

從熱學(xué)的角度來(lái)描述的對(duì)混合氣體：化學(xué)參量摩爾數(shù)質(zhì)量

M假設(shè)系統(tǒng)在外場(chǎng)中，電磁參量8精選ppt§1-2溫度和溫度計(jì)

一熱力學(xué)第零定律1.熱平衡不動(dòng)絕熱壁A氣體B氣體A氣體B氣體導(dǎo)熱壁兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡動(dòng)9精選ppt2.熱力學(xué)第零定律絕熱壁導(dǎo)熱壁A、B、C到達(dá)熱平衡A、B的狀態(tài)不變10精選ppt在不受外界影響下，只要A和B同時(shí)與C處于熱平衡，即使A和B沒(méi)有熱接觸，它們?nèi)蕴幱跓崞胶狻獰崞胶舛蒄owler于1939年提出的，稱為熱力學(xué)第零定律3.

溫度的概念一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度11精選ppt溫度數(shù)值表示法——溫標(biāo)1.

經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)EmpiricalTemperatureScale

利用某一測(cè)溫物質(zhì)的某一測(cè)溫屬性建立的溫標(biāo)例]p=C，氣體或液體的體積隨T

↑→V↑V=C，氣體或液體的壓強(qiáng)隨T↑→p↑金屬絲的電阻隨T↑→R↑光強(qiáng)的亮度隨溫度T↑→亮度↑——經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)二溫度計(jì)和溫標(biāo)12精選ppt建立一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)要包含三個(gè)要素：〔1〕選擇某種測(cè)溫物質(zhì)，確定它的測(cè)溫屬性〔2〕對(duì)測(cè)溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定〔3〕選定標(biāo)準(zhǔn)溫度點(diǎn)并規(guī)定其數(shù)值設(shè)：測(cè)溫參量被測(cè)系統(tǒng)與溫度計(jì)〔測(cè)溫質(zhì)〕熱平衡時(shí)的溫度值令：可得：待定常數(shù)13精選ppt常用的幾種：1選定水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定1atm下0℃和100℃2選定水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，規(guī)定1atm下32℉和212℉3選定水的三相點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，溫度值選為273.16K——攝氏溫標(biāo)Celsiusscale——華氏溫標(biāo)Fahrenheitscale——開(kāi)爾文溫標(biāo)〔熱力學(xué)溫標(biāo)〕與為線性關(guān)系：設(shè)：冰點(diǎn)時(shí)，溫度測(cè)溫參量沸點(diǎn)時(shí)，溫度測(cè)溫參量熱力學(xué)溫標(biāo)：14精選ppt2.

理想氣體溫標(biāo)(1).氣體溫度計(jì)

GasThermometer一定質(zhì)量的氣體，p不變，定壓氣體溫度計(jì)V不變，定體氣體溫度計(jì)(2).理想氣體溫標(biāo)PerfectGasTemperatureScale

規(guī)定：標(biāo)準(zhǔn)的溫度點(diǎn)選用水的三相點(diǎn)，溫度值273.16K對(duì)定體氣體溫度計(jì):該氣體在水的三相點(diǎn)時(shí)的壓強(qiáng)值15精選ppt實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明:1實(shí)際氣體不是理想的3假設(shè)用定壓氣體溫度計(jì).可得2隨減小,測(cè)得的差別也愈來(lái)愈小,不同氣體都有同樣結(jié)果用定體氣體溫度計(jì)測(cè)量水的汽點(diǎn)(沸點(diǎn))的溫度16精選ppt結(jié)論:(體積V不變)(壓強(qiáng)p不變)無(wú)論何種氣體，無(wú)論是定體還是定壓所建立的溫標(biāo)，在氣體壓強(qiáng)趨于零時(shí),都趨于一共同的極限值,這個(gè)極限值的溫標(biāo)為理想氣體溫標(biāo):氣體的液化點(diǎn)以下和高溫1000℃以上不適用最低溫度為1K,用氦為測(cè)溫質(zhì)17精選ppt3熱力學(xué)溫標(biāo)ThermodynamicScale

ofTemperature不依賴測(cè)溫物質(zhì)和測(cè)溫屬性的溫標(biāo)------熱力學(xué)溫標(biāo)可用理想氣體溫標(biāo)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱力學(xué)溫標(biāo)開(kāi)爾文在熱力學(xué)第二定律的根底上建立了這種溫標(biāo)也是理論溫標(biāo).18精選ppt要點(diǎn):1規(guī)定熱力學(xué)溫標(biāo)為根本溫標(biāo),單位:開(kāi)爾文符號(hào):K2規(guī)定水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度為273.16K3攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出:t=T-273.154.國(guó)際溫標(biāo)International

TemperatureScale

國(guó)際間協(xié)議性溫標(biāo)ITS—90溫度范圍從0.65K---2357.77K19精選ppt三溫度的范圍20精選ppt四溫度測(cè)量的方法〔一〕膨脹測(cè)溫法玻璃液體溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)-30℃—600℃-80℃—600℃〔二〕壓力測(cè)溫法定體氣體溫度計(jì)壓力表式溫度計(jì)4K—550℃精度高蒸氣壓式溫度計(jì)〔三〕電磁學(xué)測(cè)溫法電阻溫度計(jì)溫差熱電偶溫度計(jì)靈敏度高半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計(jì)〔四〕輻射測(cè)溫法頻率溫度計(jì)光學(xué)溫度計(jì)準(zhǔn)確度最高，可數(shù)字化輻射高溫度計(jì)〔五〕聲學(xué)測(cè)溫法比色高溫度計(jì)聲學(xué)溫度計(jì)噪聲溫度計(jì)靈敏度高21精選ppt§1-4理想氣體狀態(tài)方程

一熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)方程假設(shè)對(duì)于一個(gè)一定質(zhì)量的各向同性的熱力學(xué)系統(tǒng)，在無(wú)外場(chǎng)作用下，可用V、p、T三個(gè)參量來(lái)描述，實(shí)驗(yàn)說(shuō)明這三者不是獨(dú)立的。或二理想氣體及其狀態(tài)方程由實(shí)驗(yàn)找出理想氣體狀態(tài)方程結(jié)論:R——普適氣體常量universalgasconstant〔摩爾氣體常量〕無(wú)論什么氣體，多少溫度，當(dāng)p0時(shí)，常量，定義用R表示嚴(yán)格遵從的氣體——理想氣體Equationofstateofperfectgas

22精選ppt——1mol理想氣體狀態(tài)方程對(duì)M質(zhì)量的理想氣體，設(shè)摩爾質(zhì)量則有摩爾氣體——M質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)方程1理想氣體不存在2常溫常壓下實(shí)際氣體近似為理想氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，1mol理想氣體23精選ppt由理想氣體物態(tài)方程實(shí)驗(yàn)定律1當(dāng)不變時(shí)，常數(shù)玻意耳——馬略特定律2當(dāng)不變時(shí)，常數(shù)——蓋呂薩克定律稱為氣體的體膨脹系數(shù)常數(shù)——查理定律壓強(qiáng)〔溫度〕系數(shù)3當(dāng)不變時(shí)，4阿伏伽德羅定律在相同T和p，1mol任何氣體的V相等24精選ppt三混合理想氣體狀態(tài)方程若氣體由A種氣體，由B種氣體，種理想氣體組成道爾頓分壓定律：Daltonlawofpartialpressure混合氣體壓強(qiáng)等于各組分的分壓強(qiáng)之和各組分單獨(dú)存在時(shí)與混合氣體同溫同體積時(shí)的壓強(qiáng)令為混合氣體的摩爾數(shù)——混合理想氣體物態(tài)方程平均摩爾質(zhì)量25精選ppt四理想氣體的p—V—T圖1V不變時(shí)，投影在p—T圖上為等體線是一直線。2T不變時(shí)，投影在p—V圖上為等溫線是一雙曲線。3p不變時(shí)，投影在V—T圖上為等壓線是一直線。等溫線越靠近原點(diǎn)等壓線26精選ppt理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用要求:1對(duì)的物理內(nèi)容有全面的理解2確定適宜的研究對(duì)象，認(rèn)真分析狀態(tài)及過(guò)程特征例1]1氧氣瓶體積V=30L，充滿氧氣后壓強(qiáng)為p1=130atm,按理當(dāng)壓強(qiáng)下降到p2=10atm時(shí)要重新充氣，現(xiàn)在每天用v=40L，

p3=1atm的氧氣，問(wèn)一瓶氧氣用多少天？27精選ppt例2]一水銀氣壓計(jì)管.水銀面到管頂?shù)木嚯x為lmm,在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓相當(dāng)于HmmHg高和溫度t1℃下，有一個(gè)空氣泡進(jìn)入管中，因此管內(nèi)水銀柱長(zhǎng)度減為h1mm,試求修正量ΔP的表達(dá)式，引入這個(gè)修正量將可以在任何溫度t℃管內(nèi)水銀柱的任何高度hmm時(shí)利用氣壓計(jì)準(zhǔn)確測(cè)量氣壓。例3]一只氣球,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下可帶179N的總負(fù)載,當(dāng)上升到氣壓為0.66atm,溫度為-10℃的高度時(shí),氣球所帶的總負(fù)載是多少?(氣球體積不變)28精選ppt29精選ppt測(cè)溫泡待測(cè)液體毛細(xì)管保持在同一水平，目的使測(cè)溫泡中氣體的體積不變定體氣體溫度計(jì)示意圖水銀氣壓計(jì)30精選ppt玻璃液體溫度計(jì)示意圖31精選ppt兩種線膨脹系數(shù)不同的金屬組合在一起，一端固定，當(dāng)溫度變化時(shí)，兩金屬熱膨脹不同，帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)指示溫度。雙金屬溫度計(jì)示意圖或可用于溫度自動(dòng)控制。當(dāng)溫度升高時(shí)，金屬片彎曲與導(dǎo)線相連，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。如：冰箱中的溫度控制器32精選ppt壓縮流體充入彈簧管，使彈簧管的曲率變化，通過(guò)杠桿、齒輪等帶動(dòng)指針。測(cè)溫泡毛細(xì)管壓力表未測(cè)溫時(shí)，溫度計(jì)溫度為室溫T。，壓強(qiáng)為p。彈簧管壓力表示意圖33精選pptA、B兩種不同的金屬絲C1、C2同種銅絲電位差計(jì)參考結(jié)冰水混合物〔或液氮〕的杜瓦瓶A和B構(gòu)成的測(cè)量結(jié)L置于被測(cè)溫區(qū)34精選ppt調(diào)節(jié)電阻R改變燈絲亮度當(dāng)它與待測(cè)光源像亮度相等時(shí)，燈絲的像消