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1、一、 热学包括的内容,统计物理学：,热力学：,二、研究对象,热力学和统计物理学都是研究物质热现象和热运动规律的学科.,热现象 : 与温度有关的物理性质的变化 .,热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动 .,主要学习热力学基础.,如:平衡态、热量、功、内能、热力学第一定律等.,主要学习气体动理论.,如:物质的微观模型、压强和温度的微观本质等.,7.1 热力学的研究对象和研究方法,（宏观理论）,（微观理论）,单个分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律.,整体（大量分子） 服从统计规律 .,宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直 接测量）, 如 等 .,微观量：描述个别分子运动
2、状态的物理量（不可 直接测量），如分子的 等 .,宏观量,微观量,经过实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件 .,1）宏观参量; 2）具有可靠性； 3）知其然而不知其所以然.,三、研究方法,1. 热力学 宏观描述（宏观理论）,2. 统计物理学 微观描述（微观理论）,研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法 .,1）揭示宏观现象的本质； 2）有局限性，与实际有偏差，不可任意推广 .,热力学验证统计物理学， 统计物理学揭示热力学本质,7.2 平衡态 理想气体状态方程,7.2.1 气体的状态参量,1. 系统：,2.外界：,与系
3、统相互作用的物体（环境）。,说明：系统与外界可以有相互作用。,例如：热传递、质量交换等,系统,3.系统的分类,系统与外界间物质和能量都交换。,系统与外界间物质无交换能量有交换。,系统与外界间物质与能量都无交换。,一、 (热力学)系统和外界,热力学研究的具体对象(宏观物体)。,系统是由大量分子组成。如汽缸中的气体。,二、气体状态参量 (描述系统状态的宏观物理量),标准大气压： 纬度海平面处, 时的大气压.,例：真空自由膨胀,7.2.2 平衡态,宏观性质不变,关键词： 不受外界影响，,在没有外界影响的情况下，系统各部分的宏观性质在长时间内不发生变化的状态。,平衡态的特点,1）单一性（ 处处相等）;
4、 2）物态的稳定性 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡.,1. 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；如：,说明,两头分别处于冰水和沸水中的金属棒是一种稳定态，而不是平衡态；,处于重力场密闭容器中的气体，虽然它的粒子数密度随高度变化，但它是平衡态。,2. 平衡是热动平衡,有别于力平衡。,3. 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值( p,V,T ) 来表示。即：一个点表示。,4. 平衡态是一种理想状态。,7.2.3 理想气体的状态方程,理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 .,1. 状态方程：一定量气体处于平衡态时p ,V ,T
5、之间的函数关系 .,2. 理想气体状态方程:,对一定质量的同种气体,或,理想气体状态方程,或,说明,1. 理想气体状态方程只与状态有关，与过程无关。,2. 理想气体状态方程对混合气体也适用。,混合理想气体的状态方程为：,其中：,3. 实际气体在压强不太高，温度不太低的条件下，可当作理想气体处理。,4. 理想气体分子的模型,(2) 分子间除碰撞时有力作用外其它力忽略不计。,(1) 分子可视为质点（分子本身的大小与分子间平均距离相比较可忽略）。,解,因为初、末两态是平衡态，所以有,自由膨胀过程,例1：P.232 7.1（1）,设板抽前状态为 P1 、V1 、T1,设板抽后状态为 P2 、V2、T2
6、,例2：一柴油的汽缸容积为 0.82710-3 m3 。压缩前汽缸的 空气温度为320 K， 压强为8.4104 Pa ，当活塞急速推进时可将空气压缩到原体积的 1/17 ， 使压强增大 到 4.2106 Pa 。,解：,T2 柴油的燃点,若在这时将柴油喷入汽缸，柴油将立即燃烧，发生爆炸，推动活塞作功，这就是柴油机点火的原理。,求：这时空气的温度。,例3：P.193 例7.1,7.3 功 热量 内能 热力学第一定律,7.3.1 功 热量 内能,是能量传递和转化的量度；是过程量。,1.功 A：,2.热量Q：,系统与外界之间由于存在温差而传递的能量 ；,是过程量。,系统吸热 ：,系统对外作功 ：,
7、；外界对系统作功 ：,；系统放热 ：,1）A和Q都是过程量；,3）功与热量的物理本质不同 .,3. 内 能 E（状态量）,笼统讲：内能取决于系统(内部)状态的能量.,具体讲：气体的内能=分子热运动的动能(平动、转动和振动动能) + 分子间相互作用势能.,内能是系统状态的函数,1卡 = 4.18 J ， 1 J = 0.24 卡,2）等效性：改变系统热运动状态作用相同；,3. 系统内能增量只与系统始末状态有关,与系统所经历的过程无关,它是系统状态的单值函数.,讨论,2. 一般气体的内能是温度和体积的函数.,1. 理想气体内能 是系统状态的单值函数 ,且仅是温度的函数 .,4. 功与内能的关系,外
8、界仅对系统作功，无传热，则,(1) 内能的改变量可以用绝 热过程中外界对系统所 作的功来量度；,(2) 此式给出过程量A与状态量的关系。,5. 热量与内能的关系,外界与系统之间不作功， 仅传递热量。,(1) 在外界不对系统作功时，内能的改变量也可以用外界对系统所传递的热量来度量；,(2) 此式给出过程量Q与状态量的关系；,(3) 作功和传热效果一样，本质不同。,7.3.2 热力学第一定律,外界与系统之间不仅作功，而且传递热量，则有,系统从外界吸收的热量，一部分使其内能增加，另一部分则用以对外界作功。,无限小状态变化过程，热一律可表示为：,( 热力学第一定律),说明,1. 各量用相同的单位：SI中均用焦耳（J）.,2. 热和功之间的转换是通过系统来完成的.,3. 热力学第一定律是包括热量在内的能量转换和守恒定律 .,4. 第一类永动机是不可能实现的，这是热力学 第一定律的另一种表述形式。,5. 热一律是实验经验总结，自然界的普遍规律 .,
