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1、热热 学学办公室：办公室：7303730320112011年年8 8月月2011-2012-13232学时，学时，2 2学分学分1IC: integrate circuit意义：意义：光电产业是发展无可限量的新兴产业为什么学为什么学？2011-2012-1平板显示平板显示消费消费资讯资讯光存储光存储光通讯光通讯近三十年台湾地区光电产业总产值递增图近三十年台湾地区光电产业总产值递增图2009年18，413亿2第一个晶体管产品第一个晶体管产品Raytheon CK 703，1948年年The first Integrated Circuit第一个集成电路第一个集成电路, 1958年年laser d
2、iode chip激光二极管芯片激光二极管芯片laser diode 激光二极管激光二极管1960s年，年， 在半在半导导体异体异质结质结的基的基础础上上发发展起来的半展起来的半导导体器件体器件RUS-IC2011-2012-1The first Transistor3二极管二极管Jump to: navigation, search微处理器微处理器三极管，晶体管三极管，晶体管RAMROM存储器存储器电子元件电子元件只读存储器只读存储器2011-2012-14IBM 360/20 系系统统， ， 含含 IBM 2560 多功能卡。多功能卡。MFCM (Multi-Function Card M
3、achine) 十九世十九世纪纪六十年代，第一台六十年代，第一台 DECDEC（ （DigitalEquipmentCorporationDigitalEquipmentCorporation）公）公司开司开发发的的PDP-8PDP-8小型小型计计算机算机产产品。品。早期的计算机早期的计算机2011-2012-152011-2012-1Apple Inc.62011-2012-1Apple Inc.个人数字产品：个人数字产品：iPod个人数字产品：个人数字产品：iPhone7ICIC中晶体管数目每隔两年就翻一番。中晶体管数目每隔两年就翻一番。 Moore定律Intel Intel 荣誉主席荣誉
4、主席Dr. Gordon E. Moore Dr. Gordon E. Moore 于于19651965年四月所发表的前瞻性文章，年四月所发表的前瞻性文章，竟成为后来集成电路发展的预言定律，即全球闻名的竟成为后来集成电路发展的预言定律，即全球闻名的“Moores Law”!“Moores Law”!2011-2012-18热功率的变化比较热功率的变化比较2011-2012-19 18231823年德国物理学家年德国物理学家SeebeckSeebeck发现具有温度梯度发现具有温度梯度的样品两端会出现电压降。的样品两端会出现电压降。Brian C. Sales, Science,2002, 295
5、, 1248Peliter 效应效应Seebeck 效应效应载流子带走热量载流子带走热量优点优点: : 没有运动部分；没有运动部分；无污染；尺寸减小效率无无污染；尺寸减小效率无下降；可与电子线路集成下降；可与电子线路集成( (如如CPU)CPU)；局部快速制冷。；局部快速制冷。缺点：缺点：TETE致冷致冷ZTZT值约为值约为1 1远落在机械致冷约为远落在机械致冷约为3 3 绿色冰箱、红外传感器致冷、电脑芯片致冷，太阳能热电转换电绿色冰箱、红外传感器致冷、电脑芯片致冷，太阳能热电转换电池、人造卫星电源等方面有重要应用池、人造卫星电源等方面有重要应用。在无声致冷和温差发电在无声致冷和温差发电10电
6、、光、热电、光、热2011-2012-111古希腊（公元前古希腊（公元前611-430611-430年），年），四元素说：万物是由土、四元素说：万物是由土、水、火、气四种元素水、火、气四种元素在数量上不同比例的配合组成的。在数量上不同比例的配合组成的。我国殷商时期，我国殷商时期，五行学说：金、木、水、火、土是构成五行学说：金、木、水、火、土是构成世界万物的五种基本元素，称为五行。世界万物的五种基本元素，称为五行。中国古代提出的中国古代提出的元气说，就认为热（火）是物质元气聚散变化的表现。元气说，就认为热（火）是物质元气聚散变化的表现。钻木取火钻木取火青铜器青铜器-鼎鼎热学发展简述热学发展简述一
7、、古代一、古代学什么？学什么？2011-2012-112蒸汽机（蒸汽机（steam enginesteam engine）早期的汽车早期的汽车蒸汽机成为工业生产的主要动力。第一次工业革命。蒸汽机成为工业生产的主要动力。第一次工业革命。热究竟是什么？热究竟是什么？热质说。热质说。 热质是由一种非常小的、没有质量的、可以穿越任何热质是由一种非常小的、没有质量的、可以穿越任何物体的、相互排斥的微粒。能够解释温度变化、热传导、物体的、相互排斥的微粒。能够解释温度变化、热传导、热辐射等热学现象。不能解释热辐射等热学现象。不能解释“真空中两块冰摩擦熔化的真空中两块冰摩擦熔化的现象现象”。二、二、16-17
8、世纪世纪2011-2012-113 以卡诺以卡诺(1796-1832)对对热机效率热机效率的研究为先导，在克劳修斯的研究为先导，在克劳修斯(1822-1888)和开尔文和开尔文(1824-1907)的研究基础上，建立了的研究基础上，建立了热力学第二热力学第二定律定律。 把两个定律应用到具体问题中去，找到反映各种性质的把两个定律应用到具体问题中去，找到反映各种性质的热力学函热力学函数数熵熵所表征的事实：一个绝热过程总是朝着熵增加的方向进所表征的事实：一个绝热过程总是朝着熵增加的方向进行。行。三、三、19世纪世纪19世纪，焦耳热功当量实验的研究，奠定了世纪，焦耳热功当量实验的研究，奠定了热力学第一
9、定律热力学第一定律的的基础。机械能转化为热能。基础。机械能转化为热能。2011-2012-11420edit Potentials寻求：热的本质是什么？寻求：热的本质是什么？建立了统计力学。热的本质是建立了统计力学。热的本质是分子运动的宏观表现。分子运动的宏观表现。 统计力学应用到热辐射现象，发现了量子性。统计力学应用到热辐射现象，发现了量子性。量子统计力学量子统计力学对固体、液体（统称为凝聚态）和对固体、液体（统称为凝聚态）和等离子体中各种物理现象的研究起到主导作用。等离子体中各种物理现象的研究起到主导作用。四、四、20世纪初世纪初2011-2012-11520edit Potentials
10、热力学第零定律（热力学第零定律（Zeroth law of thermodynamicsZeroth law of thermodynamics）：）：热力学平衡（热力学平衡（Thermodynamic equilibriumThermodynamic equilibrium）; ;热力学第一定律（热力学第一定律（First law of thermodynamicsFirst law of thermodynamics）：）：能量转换（能量转换（The conservation of energyThe conservation of energy）; ;热力学第二定律（热力学第二定律（Se
11、cond law of thermodynamicsSecond law of thermodynamics）：）：熵（熵（about entropyabout entropy）; ;热力学第三定律（热力学第三定律（Third law of thermodynamicsThird law of thermodynamics）：）：绝对零度（绝对零度（The absolute zero of temperatureThe absolute zero of temperature）. .2011-2012-1 热力学与统计力学热力学与统计力学（ Thermodynamic and statisti
12、calThermodynamic and statistical mechanicsmechanics）热学热学2 2、微观：分子动理论的平衡与非平衡态理论、微观：分子动理论的平衡与非平衡态理论1、宏观：、宏观：16教学安排教学安排一：导论一：导论（热学发展规律简史；研究对象及方法；热传递（热学发展规律简史；研究对象及方法；热传递的一般规律；热力学平衡态的特征及充要条件；热力学第的一般规律；热力学平衡态的特征及充要条件；热力学第零定律、温度和温标；物态方程；微观：分子运动论的实零定律、温度和温标；物态方程；微观：分子运动论的实验基础和基本论点）验基础和基本论点）二：分子动理论的平衡与非平衡态理
13、论二：分子动理论的平衡与非平衡态理论（理想气体分子运（理想气体分子运动的规律（平衡态）；理想气体内迁移规律（非平衡态）动的规律（平衡态）；理想气体内迁移规律（非平衡态）三：热力学基础三：热力学基础（宏观：热力学第一定律；（宏观：热力学第一定律；期中考试期中考试:10:10月月末；末；热力学第二定律；热机）热力学第二定律；热机）四：热力学理论的应用四：热力学理论的应用（物性学：实际液体、气体基本性（物性学：实际液体、气体基本性质；一级相变特征及基本规律）质；一级相变特征及基本规律）五：期末考试五：期末考试怎样学？怎样学？成绩考核：平时作业成绩考核：平时作业(10%)+(10%)+听课情况听课情况
14、(5%)+(5%)+期中考试期中考试(10%)+(10%)+小论文小论文(5%)+ (5%)+ 期末期末(70% )(70% )2011-2012-117教材教材 热学热学 李椿等李椿等 高等教育出版社高等教育出版社 2008 2008 （第二版）（第二版）教学参考书教学参考书1 1热学热学 秦允豪等秦允豪等 高等教育出版社高等教育出版社 2004 2004 （第二版）（第二版）2 2热学热学 常树人常树人 南开大学出版社南开大学出版社 2009 2009 （第二版）（第二版）3 3 热力学热力学 王竹溪王竹溪 北京大学出版社北京大学出版社 2004 2004 4 4热学热学 赵凯华等赵凯华等
15、 高等教育出版社高等教育出版社 2005 20055 5热学热学 张玉民等张玉民等 科学出版社科学出版社 2001 20016 6 大学物理学（第二册）大学物理学（第二册） 热学热学 （第二版）（第二版） 张三慧主编张三慧主编 清华大学出版社清华大学出版社 1999 1999 7 7热学热学 热力学与统计物理曹烈兆热力学与统计物理曹烈兆 周子舫周子舫 编著编著 科学出科学出版社版社 2008 2008 2011-2012-118导导 论论IntroductionIntroduction 1.1 1.1 宏观描述方法与微观描述方法宏观描述方法与微观描述方法 1.2 1.2 热力学系统的平衡态热力
16、学系统的平衡态 1.3 1.3 物态方程物态方程 1.4 1.4 温度与温度计温度与温度计2011-2012-1191.1 1.1 宏观描述方法与微观描述方法宏观描述方法与微观描述方法热现象：热现象：与与温度温度有关的物理性质的变化，统称为热现象。有关的物理性质的变化，统称为热现象。一：热学的研究对象及其特点一：热学的研究对象及其特点2011-2012-1物体受热后，温度升高，体积膨胀；水被加热后，物体受热后，温度升高，体积膨胀；水被加热后，热量从高温处流向低热量从高温处流向低温处，在这一过程一温处，在这一过程一系列活塞做功。系列活塞做功。20银河系，物质凝结成新银河系，物质凝结成新星的过程。
17、中心温度为星的过程。中心温度为60C60C， 兰色代表较高兰色代表较高温度，绿色代表中间温温度，绿色代表中间温度，红色代表最低温度，度，红色代表最低温度，比绝对温度稍高。比绝对温度稍高。2011-2012-15505C-180至430C-45至464C-89.2至57.7C-87至-5C-161至-108C-189至-153C-224至-197C-218至-201C-234至-212C类冥矮行星类冥矮行星2006年行星：必须能在绕行的轨道上清除邻近区域210C0C，1atm1atm，每秒几十亿次碰，每秒几十亿次碰撞。速度不定，轨迹无规则。撞。速度不定，轨迹无规则。2011-2012-1总体总体
18、大量分子运动规律；大量分子运动规律；气体温度高，分子运动越剧烈；气体温度高，分子运动越剧烈；在一定温度下，在某一速在一定温度下，在某一速度区间分子数目度区间分子数目占总数的百分比是确定的。占总数的百分比是确定的。一个微观粒子一个微观粒子偶然性偶然性规律性规律性热力学研究对象：热力学研究对象：与热相联系的，由数量很大的微观粒与热相联系的，由数量很大的微观粒子所组成的系统。（大数粒子）子所组成的系统。（大数粒子）22统计物理学：统计物理学：从物质的微观结构出发，从分子、从物质的微观结构出发，从分子、原子的运动和它们之间的相互作用出发，研究原子的运动和它们之间的相互作用出发，研究热现象的规律，是热现
19、象的热现象的规律，是热现象的微观理论微观理论。2011-2012-1热力学：热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，由观察和实验总结出来的热现象规律，是热现象的是热现象的宏观理论宏观理论。研究对象决定了两种描述方法研究对象决定了两种描述方法23 研究方法研究方法研究方法研究方法宏观方法：宏观方法：微观方法：微观方法：气体动理论气体动理论热力学基础热力学基础对由实验确定的规律进行研究。对由实验确定的规律进行研究。从物质的微观结构出发，用统计平均方法。从物质的微观结构出发，用统计平均方法。 宏观量宏观量：表征系统整体的物理量，可具体测量，：表征系统整体的物理量，可具体测量， 如质量，温度等。如质
20、量，温度等。 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， 不能直接测量，如分子的速度，能量等。不能直接测量，如分子的速度，能量等。宏观量是微观量的统计平均值宏观量是微观量的统计平均值宏观量是微观量的统计平均值宏观量是微观量的统计平均值二：宏观描述方法与微观描述方法二：宏观描述方法与微观描述方法2011-2012-124热力学的局限性：热力学的局限性：1 1：它只适用于粒子数很多的宏观系统。：它只适用于粒子数很多的宏观系统。2 2：它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何：它主要研究物质在平衡态下的性质，它不能解答系统如何从非平衡态进入平衡态的
21、过程。从非平衡态进入平衡态的过程。3 3：它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构。：它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构。统计物理学与热学相结合可以弥补热力学的统计物理学与热学相结合可以弥补热力学的不足。不足。2011-2012-1热力学方法的优点：热力学方法的优点：热力学基本定律是自然界中的普适规律，热力学基本定律是自然界中的普适规律，只要在数学推理过程中不加上其它假设，这些结论也具有同样的只要在数学推理过程中不加上其它假设，这些结论也具有同样的可靠性与普遍性。可靠性与普遍性。25热力学系统（系统热力学系统（系统systemsystem）：被确定为研究对象的物体或物体系，被确定为研
22、究对象的物体或物体系，或热学的研究对象。或热学的研究对象。外界：外界：系统边界外部。系统边界外部。孤立系统（孤立系统（Isolated systemIsolated system）：）：与外界既不交换物质又不与外界既不交换物质又不交换能量的系统。交换能量的系统。封闭系统封闭系统(Closed system)(Closed system)：与外界不交换物质但可交换能与外界不交换物质但可交换能量的系统。量的系统。开放系统开放系统(Open system)(Open system)：与外界既交换物质又交换能量的与外界既交换物质又交换能量的系统。系统。 1.2 1.2 热力学系统的平衡态热力学系统的平
23、衡态2011-2012-1例，保温瓶。例，保温瓶。例，铁桶中放入热水，再封闭起来。例，铁桶中放入热水，再封闭起来。例，铝壶在火上烧水。例，铝壶在火上烧水。一一 热力学系统热力学系统262011-2012-1实际上，系统与外界相互作用十分微弱时，在讨论中可忽略不计，实际上，系统与外界相互作用十分微弱时，在讨论中可忽略不计，就可看成孤立系统。热学中无特殊说明，就可看成孤立系统。热学中无特殊说明，二二 平衡态与非平衡态平衡态与非平衡态 1 1：平衡态：平衡态：在不受外界条件影响下，经过足够长的在不受外界条件影响下，经过足够长的时间后，系统必将达到一个宏观性质不随时间变化时间后，系统必将达到一个宏观性
24、质不随时间变化的状态。的状态。2 2：非平衡态：非平衡态: :自然界中，平衡态是相对的、特殊自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的。非平衡才是绝对的、普遍的、局部的与暂时的。非平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。的、全局的和经常的。一般指的是孤立系统。一般指的是孤立系统。力学系统平衡：合外力与合外力矩为零力学系统平衡：合外力与合外力矩为零27三三 热力学平衡态热力学平衡态热力学平衡态的特点：热力学平衡态的特点：1 1）平衡态下，微观粒子仍做无规则热运动，热动平衡。）平衡态下，微观粒子仍做无规则热运动，热动平衡。2 2）孤立系统才有平衡态。）孤立系统才有平衡态。2011-2012-
25、13 3）系统宏观性质不变，应取最长的弛豫时间作为系）系统宏观性质不变，应取最长的弛豫时间作为系统的弛豫时间。统的弛豫时间。4 4）宏观物理性质不变是对平均值而言。实际有涨落，）宏观物理性质不变是对平均值而言。实际有涨落，这里不考虑。这里不考虑。稳态：有热流或粒子流，各处宏观性质不随时间变化稳态：有热流或粒子流，各处宏观性质不随时间变化的状态，定态。的状态，定态。A部气体部气体B部部不考虑整体运动不考虑整体运动28* *热力学系统呈现平衡态的条件热力学系统呈现平衡态的条件1 1：无热流：满足热学平衡条件，系统内部温度处处相等。：无热流：满足热学平衡条件，系统内部温度处处相等。2 2：无粒子流：
26、满足力学平衡条件，系统内部各部分之间、：无粒子流：满足力学平衡条件，系统内部各部分之间、系统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反映为压系统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反映为压强处处相等。强处处相等。3 3：化学平衡：满足化学平衡条件，即在无外场下系统各：化学平衡：满足化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化学组成应是处处相等。部分的化学组成应是处处相等。只有满足以上三个条件的系统，才是平衡系统。只有满足以上三个条件的系统，才是平衡系统。2011-2012-129平衡态平衡态汽汽水水冷冷热热饱和蒸汽饱和蒸汽稳态稳态1）3）平衡态平衡态2011-2012-12）30四四 热力学平衡态的描
27、述热力学平衡态的描述 在平衡态下，系统各种宏观量取确定值。所选的参在平衡态下，系统各种宏观量取确定值。所选的参量称为量称为状态参量。状态参量。其他宏观量可用状态参量的函数表其他宏观量可用状态参量的函数表示，这些函数称为示，这些函数称为状态函数。状态函数。加加热热气气体体P P恒定恒定 V V增大，几何参量增大，几何参量电场强度、电极化强度等，电学参量。电场强度、电极化强度等，电学参量。磁感应强度、磁化强度等，磁学参量。磁感应强度、磁化强度等，磁学参量。V V恒定恒定 P P增大，力学参量增大，力学参量O O2 2,N,N2 2等不同成份，化学参量等不同成份，化学参量状态参量：几何参量、力学参量
28、、化学参状态参量：几何参量、力学参量、化学参量、电磁参量。量、电磁参量。2011-2012-131PVO 处于平衡态的物理上均匀的系统，以热力学参处于平衡态的物理上均匀的系统，以热力学参量为坐标轴，作状态图（量为坐标轴，作状态图（P-V,P-TP-V,P-T图）。图中一个图）。图中一个确定点，即确定点，即一组一组一组一组( P( P( P( P、V V V V、T )T )T )T )表示热力学表示热力学表示热力学表示热力学平衡状态平衡状态平衡状态平衡状态( ( ( (热动平衡态热动平衡态热动平衡态热动平衡态) ) ) )。状态变化的过程状态变化的过程状态变化的过程状态变化的过程, , , ,
29、 称为称为称为称为平衡过程。平衡过程。平衡过程。平衡过程。热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 状态参量状态参量P-VP-V、P-TP-T图图2011-2012-132一、物态方程一、物态方程 把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足的函数关系称为该物质的体积、温度）之间所满足的函数关系称为该物质的物物态方程或状态方程。态方程或状态方程。或或 1.3 1.3 物态方程物态方程2011-2012-1适用于气体、液体和固体。适用于气体、液体和固体。另外，金属丝拉伸，温度会升高，但是压强和体积另外，金属丝拉伸，温度会升高，但是压强和
30、体积不变不变物态方程的特点，显含温度物态方程的特点，显含温度T。33二、体膨胀系数、压缩系数、压强系数、二、体膨胀系数、压缩系数、压强系数、 热膨热膨胀现象胀现象 （了解）（了解）体膨胀系数体膨胀系数线胀系数线胀系数一级近似情况下一级近似情况下2011-2012-1压强系数压强系数压缩系数压缩系数热膨胀现象：桥梁，铁路，建筑等热膨胀现象：桥梁，铁路，建筑等34三、理想气体的物态方程（实验定律）三、理想气体的物态方程（实验定律）1 1：玻意耳定律：玻意耳定律：当一定质量气体的温度保持不变当一定质量气体的温度保持不变时，它的压强和体积的乘积是一个常数。时，它的压强和体积的乘积是一个常数。常数常数C
31、 C在不同的温度时有不同的数值。也叫玻意耳在不同的温度时有不同的数值。也叫玻意耳- -马略特定律。马略特定律。成立条件：压强不太高，温度不太低成立条件：压强不太高，温度不太低 ；且压强越；且压强越低，它遵从此定律的准确程度越高低，它遵从此定律的准确程度越高 。2011-2012-1353 3：普适气体常数：普适气体常数R R2 2：理想气体物态方程：理想气体物态方程 ：摩尔数：摩尔数;R:;R:普适气体常数普适气体常数; ;m:m:气体质量气体质量; ;M Mm m：气体的摩尔质量。：气体的摩尔质量。成立条件：压强趋于零成立条件：压强趋于零 。能严格满足理想气体物态方程的气体被称为理想气体。能
32、严格满足理想气体物态方程的气体被称为理想气体。2011-2012-136ABC(德银德银毛细管毛细管:导热差导热差)例：一种常用的气体温度计如图所示，例：一种常用的气体温度计如图所示，A A是测温泡，是测温泡，B B是压强是压强计，计，C C是德银管（是德银管（体积可忽略体积可忽略, ,热的不良导体热的不良导体）。测量时，先）。测量时，先把温度计在室温把温度计在室温T T0 0下充气到压强下充气到压强p p0 0，加以密封。然后将，加以密封。然后将A A浸入浸入液化后的气体待测物质中（液化后的气体待测物质中（低于室温低于室温）, ,而而B B仍置于室温仍置于室温T T0 0，B B的温度不变。
33、当的温度不变。当A A内气体与待测物质达到热平衡后，内气体与待测物质达到热平衡后，B B的压强的压强读数为读数为p p，求待测温度，求待测温度T T。（。（V VA A, V, VB B, p, p0 0,T,T0 0已知）。已知）。测温测温前前测温测温后后p0,VA,T0,mAA：B：p0,VB,T0,mBp,VB,T0,mB-mB：p,VA,T,mA+mA：A A，B B内压强保持一致内压强保持一致待测液体温度低待测液体温度低2011-2012-1mA+m37分别将测温前两式和测温后两式相加分别将测温前两式和测温后两式相加, ,计算后得：计算后得：于是于是2011-2012-138例例例例
34、：容容容容器器器器内内内内装装装装有有有有0.1kg0.1kg氧氧氧氧气气气气. .压压压压强强强强为为为为1.01.0 10106 6Pa,Pa,温温温温度度度度为为为为4747 C C。由由由由于于于于容容容容器器器器漏漏漏漏气气气气, ,经经经经一一一一段段段段时时时时间间间间后后后后压压压压强强强强降降降降到到到到原原原原来来来来的的的的5/8,5/8,温温温温度度度度降降降降到到到到2727 C.C.问问问问:(1):(1)容容容容器器器器的的的的容容容容积积积积有有有有多多多多大大大大? ?(2)(2)漏了多少氧气漏了多少氧气漏了多少氧气漏了多少氧气?(?(设设设设氧气可看作理想气
35、体氧气可看作理想气体氧气可看作理想气体氧气可看作理想气体) )解解解解:(1):(1):(1):(1)根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程, , , ,求得求得求得求得(2)(2)设设设设漏漏漏漏气气气气后后后后的的的的压压压压强强强强、温温温温度度度度分分分分别别别别为为为为p p 、T T , , 质质质质量量量量为为为为mm , , 根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程, , 求得求得求得求得可见漏去气体质量可见漏去气体质量可见漏去气体质量可见漏去气体质量 mm = =mm- -mm =0.1-0.0
36、667=0.0333kg=0.1-0.0667=0.0333kg2011-2012-140四：混合理想气体的物态方程四：混合理想气体的物态方程道尔顿（道尔顿（Dalton)Dalton)分压定律分压定律: :混合气体的压强等于各组混合气体的压强等于各组分的分压强之和。分的分压强之和。混合理想气体的状态方程混合理想气体的状态方程一条实验定律，处理混合气体问题。一条实验定律，处理混合气体问题。2011-2012-141 1.4 1.4 温度与温度计温度与温度计一一 温度温度2011-2012-1在微观上，在微观上，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱程度的量
37、度。强弱程度的量度。日常生活中，常用日常生活中，常用温度温度来表示冷热的程度。来表示冷热的程度。极寒极寒 4040或低于此值或低于此值 温暖温暖 18 1819.9 19.9 严寒严寒 202029.9 29.9 暖暖202021.9 21.9 大寒大寒 101014.9 14.9 热热 22 2224.9 24.9 小寒小寒 5 59.9 9.9 炎热炎热 25 2527.9 27.9 微寒微寒 0 04.9 4.9 酷热酷热 30 3034.934.9凉凉 5 59.9 9.9 奇热奇热 35 3539 39 温凉温凉 10 1011.9 11.9 极热极热 高于高于4040 422011
38、-2012-11.1.热接触：热接触：各处于一定平衡态的两个热力学系统相互各处于一定平衡态的两个热力学系统相互接触，使它们之间发生传热接触，使它们之间发生传热热接触。热接触。2.2.热平衡：热平衡：热接触后的两个系统，经一段时间后，达到热接触后的两个系统，经一段时间后，达到共同的平衡态，称为热平衡。共同的平衡态，称为热平衡。二二 热力学第零定律热力学第零定律3.3.热力学第零定律：热力学第零定律：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A A和和B B同时与同时与C C处于热平衡，即使处于热平衡，即使A A和和B B没有接触，它们没有接触，它们仍然处于热平衡状态，此规律被称为热
39、力学第零定律。仍然处于热平衡状态，此规律被称为热力学第零定律。理解理解1 1：C C是客观不变的，即是客观不变的，即A A跟它接跟它接触后不改变触后不改变C C，B B跟它接触后也不改跟它接触后也不改变变C;C;理解理解2 2：A A和和C C刚接触时，就是热平衡刚接触时，就是热平衡的；的； B B和和C C刚接触时，也是热平衡的。刚接触时，也是热平衡的。434.4.热力学第零定律的物理意义热力学第零定律的物理意义2011-2012-1互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它们的们的温度温度相同的。相同的。第零定律是一条基本实验定律，科学定义
40、了温度的第零定律是一条基本实验定律，科学定义了温度的概念，并指出了判别概念，并指出了判别温度是否相同温度是否相同的方法。的方法。温度是由热力学第零定律确定的。温度是由热力学第零定律确定的。（内能是由热力（内能是由热力学第一定律确定的。熵是由热力学第二定律确定的）。学第一定律确定的。熵是由热力学第二定律确定的）。442011-2012-1三三 温标温标冰点：冰点：0C(1atm0C(1atm，纯冰和纯水，纯冰和纯水混合物混合物) )汽点：汽点：100C100C（1atm1atm，纯水和，纯水和水蒸气混合物）水蒸气混合物）液体体积随温度作线性变化液体体积随温度作线性变化液体温度计液体温度计温度的数
41、值表示法叫温标。温度的数值表示法叫温标。1 1：经验温标：经验温标经验温标的三要素：经验温标的三要素：1 1）选择测温物质，确定测温参量（属性）；）选择测温物质，确定测温参量（属性）；2 2）选定固定点；）选定固定点；3 3）进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系。）进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系。冬天，在室外触摸铁器和木柄，前者比后者冬天，在室外触摸铁器和木柄，前者比后者冷，但是温度其实一样。感觉不同是因为导冷，但是温度其实一样。感觉不同是因为导热性不同。测温需要客观的手段。热性不同。测温需要客观的手段。45温度计温度计测温属性测温属性定体气体温度计定体气体温度计定压气体温度计定
42、压气体温度计铂电阻温度计铂电阻温度计铂铂- -铂铑电阻温度计铂铑电阻温度计液体温度计液体温度计压强压强体积体积电阻电阻热电动势热电动势液体长度液体长度几种常用的温度计几种常用的温度计tC20406080100温度计低于横坐温度计低于横坐标的值：标的值：t-0.1-0.2-0.3-0.4水银水银二氧化碳定压二氧化碳定压铂铂- -铂铑热电偶铂铑热电偶铂电阻铂电阻不同温度计测温的差异不同温度计测温的差异其他实用温度计其他实用温度计2011-2012-1电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、半导体温电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、半导体温度计、频率温度计度计、频率温度计声学测温法：声
43、学温度计、噪声温度计声学测温法：声学温度计、噪声温度计辐射测温法：光学高温计、比色高温计、辐射高温计辐射测温法：光学高温计、比色高温计、辐射高温计461 1） 气体温度计气体温度计2 2） 理想气体温标理想气体温标 以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积（以气体为测温物质，利用理想气体状态方程中体积（压强压强）不变时压强（不变时压强（体积体积）与温度成正比关系所确定的温标称为理想）与温度成正比关系所确定的温标称为理想气体温标。气体温标。2 2：理想气体温标：理想气体温标定体气体温度计定体气体温度计同样有，定压气体温度计同样有，定压气体温度计定体气体温度计示意图定体气体温度计示意图O位置不
44、变，气体体积相同，压强不同，位置不变，气体体积相同，压强不同，则温度不同。温度是压强的函数。则温度不同。温度是压强的函数。OBMMhB B中充满气中充满气体与待测体与待测液体接触液体接触2011-2012-147水的三相点温度为水的三相点温度为273.16K273.16K。固定点是三相点固定点是三相点: :纯冰、纯水、水蒸气平衡共存的状态。纯冰、纯水、水蒸气平衡共存的状态。19541954年以后，国际上规定只用一个固定点建立标准温标。年以后，国际上规定只用一个固定点建立标准温标。（体积不变）（体积不变）(1)2011-2012-148假设最初温度计的测温泡内贮有较多的气体，它在水假设最初温度计
45、的测温泡内贮有较多的气体，它在水的三相点的压强的三相点的压强p ptrtr为为1000mmHg1000mmHg。则汽点的温度为：。则汽点的温度为：p ptrtr趋于零，气体极稀薄，是理想状态。如何在实趋于零，气体极稀薄，是理想状态。如何在实际测温中应用？际测温中应用？实验可如下进行：实验可如下进行：例如测汽点的温度。例如测汽点的温度。现设想从测温泡中抽出一些气体，使现设想从测温泡中抽出一些气体，使p ptrtr减为减为800mmHg800mmHg，重新测得汽点温度为：，重新测得汽点温度为：2011-2012-149不断地从测温泡内抽出气体使不断地从测温泡内抽出气体使p ptrtr逐渐减小为逐渐
46、减小为600mmHg600mmHg，400mmHg,400mmHg,，依次重复测量汽点的温度，就可得到一组对应，依次重复测量汽点的温度，就可得到一组对应的温度值的温度值T(p)T(p)。最后取。最后取T(p)T(p)为纵坐标、为纵坐标、p ptrtr为横坐标作图，就为横坐标作图，就可得到一条直线，把这条直线外推到可得到一条直线，把这条直线外推到p ptrtr=0=0，得到汽点的温度，得到汽点的温度为：为：373.15K373.15K。2004006008001000373.0373.2374.0T(p)=373.15KO2空气N2H2Ptr/mmHg如图，四种不同气体的温如图，四种不同气体的温
47、度计测量水的汽点温度都度计测量水的汽点温度都为为373.15K373.15K。p ptrtr不趋于零时，充有不同不趋于零时，充有不同气体，温度计测量的温度气体，温度计测量的温度不同。只有不同。只有p ptrtr趋于零趋于零, ,四四条曲线才会聚于一点。条曲线才会聚于一点。理想气体温标具有现实意义。理想气体温标具有现实意义。缺点：理想气体温标结构复杂、操作要求高、需要复杂的修正。缺点：理想气体温标结构复杂、操作要求高、需要复杂的修正。2011-2012-1503 3、热力学温标、热力学温标 一种不依赖于测温物质和测温属性的温标，单位是一种不依赖于测温物质和测温属性的温标，单位是K(Kelvin)
48、K(Kelvin)。国际规定，热力学温标是最基本的温标，是。国际规定，热力学温标是最基本的温标，是一种理想温标，具有一种理想温标，具有理论意义理论意义。历史沿用的摄氏温标和华氏温标历史沿用的摄氏温标和华氏温标华氏温标华氏温标摄氏温标摄氏温标单位叫做华氏度单位叫做华氏度2011-2012-151国际实用温标三要素：国际实用温标三要素：4 4、国际实用温标、国际实用温标ITS-90ITS-90（目前采用（目前采用19901990年国际温标）年国际温标）2011-2012-11 1）定义固定点：纯物质的三相点，凝固点和沸点。）定义固定点：纯物质的三相点，凝固点和沸点。2 2）规定在不同的待测温度区内
49、使用的标准测温）规定在不同的待测温度区内使用的标准测温 仪器（如热电阻温度计、辐射高温计等）。仪器（如热电阻温度计、辐射高温计等）。3 3）给定在不同的固定点之间标准测温仪器读数与国际）给定在不同的固定点之间标准测温仪器读数与国际温标值之间关系的内插值公式。温标值之间关系的内插值公式。尽可能与作为基本温标的热力学温标一致，还要使各国尽可能与作为基本温标的热力学温标一致，还要使各国都能以很高的准确度复现出同样的温标，而且所规定的都能以很高的准确度复现出同样的温标，而且所规定的测温仪器应尽可能使用起来方便。测温仪器应尽可能使用起来方便。（有很多优点，自己（有很多优点，自己阅读）阅读）52宏观量是微
50、观量的统计平均值宏观量是微观量的统计平均值几何参量几何参量 力学参量力学参量 化学参量化学参量 电磁参量电磁参量本次课主要内容本次课主要内容本次课主要内容本次课主要内容热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 状态参量状态参量温度温度 热力学第零定律热力学第零定律 4 4种温标种温标 作业：作业：P31，1, 6,7建议自学内容：实用温度计、温度测量、温度控制。建议自学内容：实用温度计、温度测量、温度控制。理想气体物态方程理想气体物态方程 混合理想气体物态方程混合理想气体物态方程 2011-2012-153理想气体的物态方程理想气体的物态方程1 1：玻意耳定律：玻意耳定律：2 2：理想气体状态方程：
51、理想气体状态方程：3 3：混合理想气体的物态方程：混合理想气体的物态方程道尔顿（道尔顿（Dalton)Dalton)分压定率分压定率: :混合气体的压强等于混合气体的压强等于各部分的分压强之和。各部分的分压强之和。2011-2012-1542011-2012-1已知空气中几种主要组分的体积百分比是：已知空气中几种主要组分的体积百分比是：N2 78%，O2 21%，Ar 1%，求（，求（1）空气的平均摩尔质量；）空气的平均摩尔质量；（2）各组分的质量百分比；（）各组分的质量百分比；（3）标准状态下各组）标准状态下各组分的压强；（分的压强；（4）标准状态下各组分的密度和空气密）标准状态下各组分的密度和空气密度。度。解：解：（1）对对i i求和求和与与对比对比552011-2012-1有有（2 2）对比对比和和N2O2Ar562011-2012-1（3 3）根据玻意耳定律应有根据玻意耳定律应有N2O2Ar（4 4）N2O2Ar572011-2012-158
