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1、第一章第一章 温度温度1热学第一章第一章 温度温度2热学 1. 平衡态平衡态 状态参量状态参量一、平衡态一、平衡态真空真空孤立系统孤立系统在不受外界条件影响下，经过足够在不受外界条件影响下，经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的看来不随时间变化的状态状态*第一章第一章 温度温度3热学箱子假想分成两相同体积的部分，箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。界线，但两侧粒子数相同。例如：粒子数例如：粒子数说明说明： 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为处在平衡态的大量分子仍在作
2、热运动，而且因为碰撞，碰撞， 每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间量不随时间 改变。改变。平衡态是一种热动平衡平衡态是一种热动平衡第一章第一章 温度温度1）单一性（）单一性（ 处处相等）处处相等）;4热学平衡态的特点平衡态的特点注意注意1）理想化（实际不存在真正的孤立系统）；）理想化（实际不存在真正的孤立系统）；2）动态平衡。）动态平衡。2）物态的稳定性）物态的稳定性 与时间无关；与时间无关；3）自发过程的终点；）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）热动平衡（有别于力平衡）.第一章第一章 温度温度5热学二、状态参量二、状态参量状态参量状
3、态参量描述系统状态的变数描述系统状态的变数 几何参量：几何参量：体积（体积（m3） 化学参量：化学参量：质量（质量（kg），物质的量（），物质的量（mol） 电磁参量：电磁参量：电场强度，电极化强度，电场强度，电极化强度， 磁感应强度，磁化强度磁感应强度，磁化强度 力学参量：力学参量：压强（压强（Pa=N/m2）第一章第一章 温度温度6宏观量宏观量表征系统宏观性质的物理量表征系统宏观性质的物理量如系统的体积如系统的体积V、压强、压强P等等可直接测量可直接测量分为广延量和强度量分为广延量和强度量广延量有累加性如质量广延量有累加性如质量M、体积、体积V、内能、内能E等等强度量无累加性如压强强度量无
4、累加性如压强 p等等微观量微观量描写单个微观粒子运动状态的物理量描写单个微观粒子运动状态的物理量如分子的质量如分子的质量 m、大小、大小 d、速度、速度 v等等一般只能间接测量一般只能间接测量第一章第一章 温度温度7热学 2. 温温 度度一、热力学第零定律一、热力学第零定律 热接触：热接触：传热但不交换粒子传热但不交换粒子热平衡：热平衡：两个系统在热接触的条件下达到了一两个系统在热接触的条件下达到了一 个共同的平衡态。个共同的平衡态。在不受外界影响的情况下，只要在不受外界影响的情况下，只要C和和B同时同时与与A处于热处于热平衡，即使平衡，即使B和和C没有接触，它们仍然处于热平衡状态，没有接触，
5、它们仍然处于热平衡状态，这种规律被称为这种规律被称为热平衡定律（热力学第零定律）热平衡定律（热力学第零定律）。 第一章第一章 温度温度8（1）日常生活中，常用温度来表示物体的）日常生活中，常用温度来表示物体的冷热程度冷热程度（2）在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡系统）在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡系统 的微观粒子的微观粒子热运动强弱程度热运动强弱程度的度量的度量 温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件：温度相同是系统处于热平衡的充分且必要条件： 处于热平衡的系统处于热平衡的系统 温度温度 温度相同的系统温度相同的系统 一定处于热平衡一定处于热平衡 处在同一热平衡状态的热力学系统
6、都具有共同的宏观处在同一热平衡状态的热力学系统都具有共同的宏观性质，定义决定这个系统热平衡的宏观性质：性质，定义决定这个系统热平衡的宏观性质：温度温度第一章第一章 温度温度9 热力学第零定律的物理意义热力学第零定律的物理意义 互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征， 即它们的即它们的温度是相同温度是相同的。的。 科学定义温度概念的基础科学定义温度概念的基础 用温度计测量温度的依据。用温度计测量温度的依据。温度计温度计第一章第一章 温度温度二、温二、温 标标 以以第零定律第零定律为实验基础定义的温度是一个宏为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后就
7、成为一个可测量的宏观量。观概念，量化之后就成为一个可测量的宏观量。对温度进行量化，首先必须确定温标。对温度进行量化，首先必须确定温标。温标定义温标定义：温度的数值表示法。：温度的数值表示法。温标分类温标分类：经验温标：经验温标;理想气体温标理想气体温标；热力学；热力学温标；国际温标。温标；国际温标。第一章第一章 温度温度建立经验温标三要素：建立经验温标三要素：1、选择物质。如选择物质。如：水银，酒精，煤油等。：水银，酒精，煤油等。2、规定测温属性以及温度规定测温属性以及温度T与测温参量与测温参量X之之间的函数关系。间的函数关系。通常规定为通常规定为线性关系线性关系，如：如：T(x)=a.X。测
8、温参量。测温参量X:如保持等容的气体如保持等容的气体的压强的压强p;保持定压的气体的体积保持定压的气体的体积V。3、规定固定点：一个标准大气压下，冰水混合物的温度规定固定点：一个标准大气压下，冰水混合物的温度为为0，水和水蒸气混合物的温度为，水和水蒸气混合物的温度为100.第一章第一章 温度温度温标的建立温标的建立 1、自然温标：利用特定的测温物质的特定测温属、自然温标：利用特定的测温物质的特定测温属 性所建立的温标统称为自然温标。性所建立的温标统称为自然温标。 （1）摄氏温标：由瑞典天文学家摄尔修斯于）摄氏温标：由瑞典天文学家摄尔修斯于1742 年建立的。年建立的。 测温物质测温物质：水：水
9、 银银 。 测温参量测温参量：体：体 积积 。 标准温度点标准温度点：在：在1个大气压下，水的冰点为个大气压下，水的冰点为0 ；沸；沸 点为点为100 刻度划分刻度划分：在：在0-100 之间等分之间等分100格，每格为格，每格为1。第一章第一章 温度温度（2 2）华氏温标：由德国物理学家华伦海特于）华氏温标：由德国物理学家华伦海特于17141714年年 建立的。建立的。 测温物质测温物质：水：水 银银 。 测温参量测温参量：体：体 积积 。 标准温度点标准温度点：在：在1个大气压下，水的冰点为个大气压下，水的冰点为32 ； 沸点为沸点为212 。 刻度划分刻度划分：在：在32-212 之间等
10、分之间等分180格，每格为格，每格为1。 华氏温标和摄氏温标的关系华氏温标和摄氏温标的关系:即，摄氏度改变即，摄氏度改变1相相当于华氏度改变当于华氏度改变9/5第一章第一章 温度温度2、理想气体温标、理想气体温标 : 下图中给出了利用不同的摄氏温度计来测量同一下图中给出了利用不同的摄氏温度计来测量同一被测对象的温度所得的结果的差异情况。被测对象的温度所得的结果的差异情况。 第一章第一章 温度温度&思考思考： 各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都是一致的，如果我们规定某物质的某种测温属性与是一致的，如果我们规定某物质的某种测温属性与温度成线性关系，
11、则其他测温属性与温度的关系就温度成线性关系，则其他测温属性与温度的关系就不可能是线性的。因此，用不同的测温物质或同一不可能是线性的。因此，用不同的测温物质或同一物质的不同性质建立温标往往不一致。物质的不同性质建立温标往往不一致。需要一个作为统需要一个作为统一标准的温标一标准的温标理想气体温标理想气体温标理想气体温标理想气体温标第一章第一章 温度温度气体温度计：气体温度计： A。以某种气体（。以某种气体（O2 ，He ，H2 ，N2 ）作为测温物质。）作为测温物质。 B。测温属性为。测温属性为 T（x）= X C。根据测温参量的不同，气体温度计又可分为两种类型。根据测温参量的不同，气体温度计又可
12、分为两种类型。（1 1）定压定压气体温度计：气体温度计：（在测温过程中保持压强不变（在测温过程中保持压强不变） 测温属性为测温属性为 ：T（V）= V 规定水的三相点为标准温度点，即规定水的三相点为标准温度点，即 于是有：于是有： 上式中的系数上式中的系数第一章第一章 温度温度（2 2）定容定容气体温度计：气体温度计：（在测温过程中保持体积不变（在测温过程中保持体积不变） 测温属性为测温属性为 ：T ( p ) = p 规定水的三相点为标准温度点，即规定水的三相点为标准温度点，即 于是有：于是有： 上式中的系数上式中的系数 注意：注意：定容气体温度计是较常用的，下面给出其工作定容气体温度计是较
13、常用的，下面给出其工作 原理图。原理图。第一章第一章 温度温度h测测温温泡泡p0MMOB第一章第一章 温度温度定容气体温度计工作原理：定容气体温度计工作原理： 上图是定容气体温度计的示意图。温度计由一个测上图是定容气体温度计的示意图。温度计由一个测温泡温泡B B和一个水银压强计组成，测温泡和一个水银压强计组成，测温泡B B内充有作为测温内充有作为测温质气体。测温时，测温泡质气体。测温时，测温泡B B 必须与待测物体热接触，并必须与待测物体热接触，并要上下移动压强计的右臂要上下移动压强计的右臂M M，使左臂使左臂N N中的水银面在不同中的水银面在不同温度下始终固定在同一温度下始终固定在同一位置位
14、置O O上上，以保持，以保持B B内气体体积不内气体体积不变。当待测温度变化时，变。当待测温度变化时，B B 内气体的压强也变化，气体内气体的压强也变化，气体的压强可以的压强可以由水银压强记测得。利用压强计所标示的压由水银压强记测得。利用压强计所标示的压强就可以测定待测物体的温度强就可以测定待测物体的温度。第一章第一章 温度温度气体温度计的缺点：气体温度计的缺点： 我们来看一个用气体温度计测量我们来看一个用气体温度计测量水的汽点温度水的汽点温度的的实验结果，其实验结果如下图所示：实验结果，其实验结果如下图所示：第一章第一章 温度温度从以上实验数据可以看出：从以上实验数据可以看出： 1、同种气体
15、制作成的温度计、同种气体制作成的温度计 ，温度计中的气体压强不同，温度计中的气体压强不同， 其测量结果也不同。其测量结果也不同。 2、温度计中的压强相同，但用不同气体制作成的温度计，、温度计中的压强相同，但用不同气体制作成的温度计， 其测量结果也不相同。其测量结果也不相同。 3、当温度计中的压强趋于、当温度计中的压强趋于0 时，不管何种气体制成的温度时，不管何种气体制成的温度 计，测得的水的汽点的温度都是相同的。即计，测得的水的汽点的温度都是相同的。即 就是由以上实验结果，导致了理想气体温标的就是由以上实验结果，导致了理想气体温标的建立。下面进行具体讨论：建立。下面进行具体讨论：第一章第一章
16、温度温度 以某种气体作为测温物质制成定容气体温度计，下面讨论以某种气体作为测温物质制成定容气体温度计，下面讨论如何建立理想气体温标。如何建立理想气体温标。 测温物质：某种气体测温物质：某种气体。测温属性：气体体积不变时气体的压强测温属性：气体体积不变时气体的压强p。以。以T表示温度，表示温度，用用p表示定容温度计表示定容温度计B内气体的压强，规定温度内气体的压强，规定温度T与压强与压强p成正成正比。即线性关系：比。即线性关系：Tv(p)=.p .（1） （比例系数比例系数可根据纯水的三相点温度来确定可根据纯水的三相点温度来确定）将将测测温温泡泡置置于于纯纯水水三三相相点点瓶瓶胆胆中中，平平衡衡后后测测得得泡泡内内气气体体压压强为强为ptr,此时泡内气体的温度为此时泡内气体的温度为273.16K,由（由（1）式）式得得： =273.16K/ptr.（2） 理想气体温标理想气体温标理想气体温标理想气体温标第一章第一章 温度温度（2）代入（）代入（1）得：）得：Tv(p)=273.16K.p/ptr利利用用此此式式，根根据据温温度度计计中中气气体体压压强强p，便便可可确确定定待待测测系统的温
