第八次课温度气体动理论.ppt

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第二篇第二篇热热学学绪论绪论一一热现象热现象，热学理论、方法及应用，热学理论、方法及应用二二热学发展简史热学发展简史一一热现象热现象热学理论、方法及应用热学理论、方法及应用如：

物体受热后温度升高，体积膨胀；水加热到如：

物体受热后温度升高，体积膨胀；水加热到100C再继续加热就变成水蒸汽；软的钢件经过淬火再继续加热就变成水蒸汽；软的钢件经过淬火（烧热后放入水或油中迅速冷却），可提高硬度；硬的（烧热后放入水或油中迅速冷却），可提高硬度；硬的钢件经过退火（烧热后缓慢降温冷却），可以变得柔软钢件经过退火（烧热后缓慢降温冷却），可以变得柔软而具有韧性；夜晚草木等表面出现的霜露；而具有韧性；夜晚草木等表面出现的霜露；.热现象热现象-一切和一切和温度温度有关的，物体物理性质发生有关的，物体物理性质发生变化的现象。

变化的现象。

热学特有的物理量，通常用它热学特有的物理量，通常用它来表示物体的冷热程度。

来表示物体的冷热程度。

热学热学热力学：

热力学：

由观察和实验总结出来的热现象由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论规律，构成热现象的宏观理论。

不涉及物不涉及物质的微观结构质的微观结构。

气体动理论：

以分子作为物质的微观模型，以分子作为物质的微观模型，以统计平均的方法建立微观量与宏观量之以统计平均的方法建立微观量与宏观量之间联系，从而研究热现象规律的理论间联系，从而研究热现象规律的理论应用应用-热机、制冷机的发展，化学、化工、热机、制冷机的发展，化学、化工、冶金工业、气象学的研究以及原子核反应堆冶金工业、气象学的研究以及原子核反应堆的设计等的设计等二二热学发展简史热学发展简史古希腊：

古希腊：

毕达哥拉斯毕达哥拉斯（Pytha-goras，公元前，公元前584497）提出四）提出四元素（土、水、火、气）学说，他把火当成自然界一元素（土、水、火、气）学说，他把火当成自然界一个独立的元素，这种学说和我国的五行说（水、木、个独立的元素，这种学说和我国的五行说（水、木、金、火、土）很相似。

金、火、土）很相似。

基本问题基本问题-热现象的本热现象的本质质柏拉图柏拉图（Plato，公元前，公元前427347）认为火是一种运动）认为火是一种运动表现形式。

表现形式。

热质说热质说（十八世纪初）：

十八世纪初）：

热是一种没有质量的流质热是一种没有质量的流质热质，可从一个物体传热质，可从一个物体传到另一个物体并能渗入任何物体之中，但不能凭空到另一个物体并能渗入任何物体之中，但不能凭空产生，也不能被消灭。

热的单位产生，也不能被消灭。

热的单位-卡。

卡。

热功当量：

（焦耳（焦耳JamesPrescottJoule，18181889）：

）：

热传递与作功相当热传递与作功相当热力学第一定律：

热力学第一定律：

迈耶（迈耶（JuliusRobertvonMayer，18141878）和亥姆霍兹（）和亥姆霍兹（HermannvonHelmholtz，18211894）等）等：

包含热量在内的能量守恒定律包含热量在内的能量守恒定律-（十九世纪中叶）（十九世纪中叶）热力学第二定律：

热力学第二定律：

克劳修斯克劳修斯（RudolfClausius，18221888）和开尔文（）和开尔文（KelvinWilliamThomson，18241907）指出过程进行方向。

指出过程进行方向。

分子运动论（统计力学的前身）：

克劳修斯、麦克劳修斯、麦克斯韦、玻耳兹曼（克斯韦、玻耳兹曼（LudwigBoltzmann）热现象的微观本质热现象的微观本质-分子热运动。

分子热运动。

统计力学统计力学，吉布斯（吉布斯（JosiahWillardGibbs，18391903）把玻耳兹曼和麦克斯韦所创立的统计方法推）把玻耳兹曼和麦克斯韦所创立的统计方法推广而发展成为系统的理论，适用于任何微观粒子体广而发展成为系统的理论，适用于任何微观粒子体系。

系。

-（1902年）年）量子统计物理学：

量子统计物理学：

-（1926年年）对固体、液体（统称为凝聚态）和等离子体对固体、液体（统称为凝聚态）和等离子体中各种物理性质的研究起着主导作用。

中各种物理性质的研究起着主导作用。

蒸汽机的历史与热力学定律：

1712年，法国人年，法国人巴本巴本（Papin，发明第一部蒸，发明第一部蒸汽机）、英国人汽机）、英国人纽可门纽可门制作的蒸汽机在全英国煤制作的蒸汽机在全英国煤矿普遍使用。

矿普遍使用。

十九世纪初经十九世纪初经瓦特瓦特改进的蒸汽机在工业上广泛改进的蒸汽机在工业上广泛使用。

使用。

人们根据热力学第一定律去制造热机，结果发现无论人们根据热力学第一定律去制造热机，结果发现无论如何都不能使热机效率等于如何都不能使热机效率等于100，甚至接近都不可能。

，甚至接近都不可能。

18世纪末到世纪末到19世纪初，蒸汽机的效率只有世纪初，蒸汽机的效率只有35左右。

而到左右。

而到1840年热机效率也仅提高到年热机效率也仅提高到8左右。

而由左右。

而由于散热、漏气、摩擦等损耗能量的因素存在不可能造成于散热、漏气、摩擦等损耗能量的因素存在不可能造成90以上能量的损失，故人们从理论上去研究热机的效以上能量的损失，故人们从理论上去研究热机的效率，从而诞生了热力学第二定律。

率，从而诞生了热力学第二定律。

法国工程师法国工程师卡诺（卡诺（Carnot）作出重要贡献：

一部蒸作出重要贡献：

一部蒸汽机所产生的机械功，在原则上有赖于锅炉和冷凝器之汽机所产生的机械功，在原则上有赖于锅炉和冷凝器之间的温度差，以及工作物质从锅炉吸收的热量。

他指出间的温度差，以及工作物质从锅炉吸收的热量。

他指出，工作于两个热源，工作于两个热源高温和低温热源之间的热机（卡高温和低温热源之间的热机（卡诺热机）其效率是最高的。

尽管卡诺信奉热质说，但他诺热机）其效率是最高的。

尽管卡诺信奉热质说，但他的有关热机效率的研究仍对热力学第二定律的发现有重的有关热机效率的研究仍对热力学第二定律的发现有重要的影响。

要的影响。

第七章第七章温度温度本章内容本章内容温度、热平衡、温标、理想气体、理想气温度、热平衡、温标、理想气体、理想气体状态方程。

体状态方程。

宏观与微观；系统、外界、宏观量、微观宏观与微观；系统、外界、宏观量、微观量、平衡态量、平衡态热力学第零、第三定律。

热力学第零、第三定律。

7-1宏观与微观宏观与微观一一热力学系统热力学系统（简称系统简称系统）:

一一定量的气体。

定量的气体。

系统：

一定量气体系统：

一定量气体二二宏观量：

宏观量：

外界外界1描描述系统整体属性的物理量述系统整体属性的物理量-系统的系统的状态参量：

压强状态参量：

压强P；体积；体积V；温度；温度T；内能；内能E；密度；密度等等-能通过仪器直接测量能通过仪器直接测量2宏宏观描述：

整体描述系统状态。

观描述：

整体描述系统状态。

三三微观量：

微观量：

1描述描述系统内一个粒子的运动状态的物理量系统内一个粒子的运动状态的物理量-分子的分子的质量质量m；速度；速度v；能量；能量等等-不能直接测量不能直接测量四四宏观量与微观量的关系：

宏观量与微观量的关系：

1宏观现象：

大量微观粒子运动的集体表现，如：

宏观现象：

大量微观粒子运动的集体表现，如：

压强压强：

大量分子对容器器壁的碰撞的宏观效果。

：

大量分子对容器器壁的碰撞的宏观效果。

五五平衡态：

平衡态：

系统与外界既无质量交换，也无能量交换并经足够系统与外界既无质量交换，也无能量交换并经足够长时间所到达的状态长时间所到达的状态2宏观量：

微观量的统计平均值。

宏观量：

微观量的统计平均值。

温度温度：

大量分子无规则运动的剧烈程度。

：

大量分子无规则运动的剧烈程度。

统计方法，以后研究统计方法，以后研究系统一切宏观量不随系统一切宏观量不随时间变化。

时间变化。

六六状态方程：

状态方程：

平衡态下，系统宏观参量满足的关系：

对理想气体：

摩尔质量摩尔质量摩尔数摩尔数7-2温度的概念温度的概念一一热平衡：

热平衡：

由于交换能量而导致两个（或多个）由于交换能量而导致两个（或多个）系统共同达到的一种平衡态。

系统共同达到的一种平衡态。

系统系统A：

冷：

冷A、B接接触，并经足够长时间。

触，并经足够长时间。

三三热力学第零定律：

热力学第零定律：

处于热平衡的多个系统具有相同的温度。

系统系统B：

热：

热A、B冷冷热程度相同而处于热平衡。

热程度相同而处于热平衡。

二二温度：

温度：

定义：

达到热平衡的系定义：

达到热平衡的系统具有的相同的统具有的相同的冷热程度冷热程度。

温度计测温原理温度计测温原理一一温标：

温标：

7-3理理想气体温标想气体温标温度的数值表示方法温度的数值表示方法二二摄氏温标：

摄氏温标：

分别将水的冰点和沸点记为分别将水的冰点和沸点记为0和和100，然后然后将将0和和100之间之间100等份，并两端按此法延伸的温度等份，并两端按此法延伸的温度数值表示法。

单位为：

数值表示法。

单位为：

C。

为什么用水的冰点和沸点？

因为人体因为人体70%是是水，对水的水，对水的温度变化比较敏感。

温度变化比较敏感。

三三温度计：

温度计：

利用测温物质（如水银），根据它与特定系利用测温物质（如水银），根据它与特定系统的特征状态（如结冰和沸腾）达到热平衡来进行某种统的特征状态（如结冰和沸腾）达到热平衡来进行某种定标（如摄氏温标法），从而用来测温的仪器。

定标（如摄氏温标法），从而用来测温的仪器。

-水银温度水银温度计计水结冰时水银水结冰时水银面的位置面的位置水沸腾时水银水沸腾时水银面的位置面的位置之间之间100等份等份四四理想气体温标理想气体温标:

11玻义耳玻义耳-马略特定律马略特定律：

压强不太高，温度不太低。

一定量的气体，在一定温度下，一定量的气体，在一定温度下，其压强和体积的乘积不变：

其压强和体积的乘积不变：

22理想气体理想气体：

任何情况下都严格遵从任何情况下都严格遵从玻义耳玻义耳-马略特定律马略特定律的气体。

的气体。

一般气体在压强趋于一般气体在压强趋于00时的理想情况。

时的理想情况。

理想模型理想模型为什么？

为什么？

33理想气体温标理想气体温标：

一定温度下一定温度下pV为为常数常数此时只给出温度此时只给出温度的相对值的相对值19541954年，国际规定年，国际规定：

水的三相点温度为：

则所有温度点都能确定：

温度单位：

开尔文温度单位：

开尔文若定压，则测出若定压，则测出V可得可得T，若定容，则测出若定容，则测出p可得可得T，典型的实际温度值（典型的实际温度值（P209P209）：

）：

与摄氏温标的关系：

目前实验室实现的最低温目前实验室实现的最低温度：

度：

2.410-11K以定容温度计为例：

以定容温度计为例：

373.15时，各种气体时，各种气体差别完全消失。

差别完全消失。

气体在水的三相气体在水的三相点时的压强点时的压强定压温度计同理。

定压温度计同理。

五五热力学温标（绝对温标）热力学温标（绝对温标）不依赖任何物质特性，由开尔文首先引入，用不依赖任何物质特性，由开尔文首先引入，用TT表示，表示，单位为开尔文，记作单位为开尔文，记作K。

有效范围内，和理想气体。

有效范围内，和理想气体温标一致。

温标一致。

六六热力学第三定律：

热力学第三定律：

热力学零度（绝对零度）不能达到！

7-4理想气体状态方程理想气体状态方程定义：

定义：

普适气体常数普适气体常数理想气体状态方程理想气体状态方程表明理想气体在平衡态下表明理想气体在平衡态下各宏观参量之间的关系各宏观参量之间的关系对理想气体，有：

对理想气体，有：

常数：

阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数：

N0=6.0231023/mol玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数：

k=R/N0=1.3810-23J/Kn=N/V,分子数密度分子数密度第七章第七章作作业业P212：

7-2、7-6第八章

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