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1、主要内容主要内容热力学系统、平衡态热力学系统、平衡态温度和温标温度和温标理想气体的状态方程理想气体的状态方程气体动理论第气体动理论第1 1讲讲 热力学系统与平衡态热力学系统与平衡态1 绪言绪言 一一. .热学研究对象及内容热学研究对象及内容 对象：对象：宏宏观观物物体体（大大量量分分子子原原子子系系统统）或物体系或物体系 热力学系统热力学系统 。 内容：内容： 与与热现象热现象有关的性质和规律。有关的性质和规律。外界外界系统系统外界外界2二二. . 热学的研究方法热学的研究方法 热力学热力学（thermodynamicsthermodynamics）宏观基本实验规律宏观基本实验规律热现象规律热
2、现象规律逻辑推理逻辑推理特点：特点： 普遍性、可靠性。普遍性、可靠性。 统计力学统计力学（statistical mechanicsstatistical mechanics）对微观结构提对微观结构提出模型、假设出模型、假设统计方法统计方法热现象规律热现象规律特点：特点：可揭示本质，但受模型局限。可揭示本质，但受模型局限。3一、热力学系统一、热力学系统 平衡态平衡态宏观描述时用以表征系统状态和属性的宏观描述时用以表征系统状态和属性的物理量。物理量。1 1、热力学系统、热力学系统系统：系统：研究对象研究对象 ( ( 有限、宏观有限、宏观 ) )。外界：外界：系统的周围环境。系统的周围环境。孤立系
3、统：孤立系统：与外界无任何相互作用。与外界无任何相互作用。封闭系统：封闭系统：与外界交换能量但不交换物质。与外界交换能量但不交换物质。开放系统：开放系统：与外界有能量和物质的交换。与外界有能量和物质的交换。宏观描述：宏观描述： 从整体上对一个系统的状态进行描从整体上对一个系统的状态进行描述的方法。述的方法。宏观量：宏观量：第八章第八章 气体动理论气体动理论4布郎运动布郎运动 ？2 2、物质结构的微观模型、物质结构的微观模型宏观物质都是由大量的微观粒子（原子或分宏观物质都是由大量的微观粒子（原子或分子）组成的，分子间有间隙。子）组成的，分子间有间隙。(1)(1)(2)(2) 物质内分子都在不停地
4、做无规则的热运动物质内分子都在不停地做无规则的热运动 运动的剧烈程度与物质的冷热程度运动的剧烈程度与物质的冷热程度有关有关( ( 热运动热运动 ) )。5 对大量的无规则变化的微观量求统对大量的无规则变化的微观量求统计平均，达到确定的宏观量间的关系。计平均，达到确定的宏观量间的关系。分子间有相互作用力分子间有相互作用力(3)(3)合力合力斥力斥力引力引力分子的作用半径：分子的作用半径： 分子的有效直径：分子的有效直径： 微观描述：微观描述： 从微观粒从微观粒子的运动状态出子的运动状态出发，对系统的状发，对系统的状态进行描述。态进行描述。微观量：微观量： 描述单个微描述单个微观粒子运动状态观粒子
5、运动状态的物理量。的物理量。统计平均方法：统计平均方法：6 两个相互接触的封闭系统均达到平衡态，两个相互接触的封闭系统均达到平衡态，则则二者二者处于热平衡。处于热平衡。3 3、平衡态平衡态4 4、热平衡热平衡 在不受外界影响的情况下，系统的宏观在不受外界影响的情况下，系统的宏观性质不随时间改变的状态。性质不随时间改变的状态。理想化的动态平衡理想化的动态平衡5 5、描述气体平衡态的参量描述气体平衡态的参量 ( ( 状态参量状态参量 ) ) 和状态方和状态方程程(1) (1) 体积体积 V V定义：定义： 气体分子所能到达的空间气体分子所能到达的空间 所有分子的体积之和。所有分子的体积之和。单位：
6、单位：7系统处于平衡态时其状态参量间满足的关系。系统处于平衡态时其状态参量间满足的关系。(2) (2) 压强压强 P P(3) (3) 温度温度 T T(4) (4) 状态方程状态方程定义：定义： 气体垂直作用于器壁单位表面积的力。气体垂直作用于器壁单位表面积的力。单位：单位：意义：意义：标志系统的冷热程度。标志系统的冷热程度。8 用于标志处于热平衡的系统所具有的某用于标志处于热平衡的系统所具有的某种共同的宏观性质（冷热程度）的物理量。种共同的宏观性质（冷热程度）的物理量。二、温度与温标二、温度与温标1 1、温度、温度(1)(1) 热力学第零定律：热力学第零定律： 如果两个系统分别与第三个如果
7、两个系统分别与第三个系统的同一平衡态处于热平衡，当这两个系统接系统的同一平衡态处于热平衡，当这两个系统接触时也必定会处于热平衡。触时也必定会处于热平衡。(2)(2) 温度：温度：温度的数值表示方法。温度的数值表示方法。2 2、温标、温标(1) (1) 温标：温标：9绝对零度是不能达到的。绝对零度是不能达到的。(2) (2) 理想气体温标理想气体温标玻意耳定律：玻意耳定律：( ( 冷热程度冷热程度 ) )定义定义理想气体温标，使得其温度值理想气体温标，使得其温度值 与与 成正比：成正比：标准温度：标准温度：则：则：(3) (3) 摄氏温标摄氏温标3 3、热力学第三定律、热力学第三定律10(4)(
8、4) 除需特别考虑外，分子的重力可以不计。除需特别考虑外，分子的重力可以不计。三、理想气体状态方程三、理想气体状态方程1 1、理想气体模型、理想气体模型(1)(1) 分子本身的线度与分子间的平均距离相比分子本身的线度与分子间的平均距离相比可以忽略不计，单个分子的运动遵守经典力学规可以忽略不计，单个分子的运动遵守经典力学规律。律。(2)(2) 除了碰撞的一瞬间外，分子之间及分子除了碰撞的一瞬间外，分子之间及分子与器壁间无相互作用。与器壁间无相互作用。(3)(3) 碰撞是完全弹性的。碰撞是完全弹性的。2 2、理想气体状态方程、理想气体状态方程一定量的理想气体，一定量的理想气体，任意平衡态任意平衡态
9、标准状态标准状态11分子数密度分子数密度普适气体常量普适气体常量玻耳兹曼常量玻耳兹曼常量12例例1 1： 高度变化较大时，大气温度高度变化较大时，大气温度 随高度随高度 的变化的变化可近似地取为可近似地取为 其中其中 为地面温度，为地面温度， 为常量。为常量。(1) (1) 求大气压强随高度变化的关系。求大气压强随高度变化的关系。(2) (2) 推出等温气压公式。推出等温气压公式。解解 ： (1)(1)Y YO O不是常量不是常量( ( 已将大气视作理想气体，已将大气视作理想气体， 单个分子质量，单个分子质量， 摩尔质量摩尔质量 ) )13利用利用( ( 地面气压，地面气压， 视为不变视为不变
10、 ) )(2)(2) 等温气压公式即等温气压公式即 不随高度变化即不随高度变化即 的情况的情况14例例2 2：已知：已知：求：求： 在标准状态下给一气球充氢气，充气毕气球体积在标准状态下给一气球充氢气，充气毕气球体积 为为 ( ( 不计球皮不计球皮 ) )。 (1) (1) 若原贮氢罐体积若原贮氢罐体积 为为 罐中气压为罐中气压为 罐与大气罐与大气始终处于热平衡，则给球充气需多少贮气罐？始终处于热平衡，则给球充气需多少贮气罐？(2)(2)设球皮重设球皮重 在在 的同温层大气中，此气的同温层大气中，此气球可以挂多重的东西而不至坠下？球可以挂多重的东西而不至坠下？(1)(1) 每用一个罐充气，罐里总要残剩一部分氢气。每用一个罐充气，罐里总要残剩一部分氢气。解：解：利用玻意耳利用玻意耳 马略特定律得马略特定律得15故故则则(2)(2) 气球所受空气浮力气球所受空气浮力16 作作 业业 题：题：预习内容：预习内容：复习内容：复习内容：本讲本讲习题习题8.38.3 、8.48.48.28.2、8.38.317
