大学物理演示(热学)1(赵)

热的本质（热是什么？）一、热质学说热是无质量的某种特殊物质。热质说成功地解释了温度变化、热传导。改进蒸汽机、建立傅立叶热传导理论、卡诺定理等等。在某一时期是成功的！法国科学家伽桑狄----“热原子”、“冷原子”。1789年化学家拉瓦西将“热质”和“光”列为无机界23种元素之中绪论二、热质说的否定热质说是错误的！三、热的本质-----热运动说（热动说）热是组成物质的微观粒子运动的表现。“热质说”和“热动说”，经历了近两百年的争论。19世纪热力学第一定律建立，“热动说”取得决定性胜利磨擦生热试验否定热质说英国伦福得（Count.Rumford），用钻头钻炮筒试验英国的戴维（HumphreyDavy），真空中的两块冰摩擦试验从15世纪，对热的本质就存在另一种说法---热的运动说波义尔、胡克、牛顿都从各方面论述了热动说一、中国古代热学成就火的发明和利用是人类认识和掌握热学最早知识萌芽。170万年前，元谋人开始用火，世界最早。6000年前，仰韶文化（陕西半坡村出土）火应用于生产，烧制陶器。古代测量热分为冰、寒、凉、温、热几个等级。（温度概念还没出现）。“炉火纯青”--1200℃，（在铸青铜）。东汉王允《论衡》热传导，蒸发、液化、凝固。热的本质：五行说，热是一种基本物质元素。木性藏火…钻木而生火（北宋刘昼）热是能量，可以做功，走马灯，（秦代发明）热学的发展史二、近代热学的开端18世纪70年代—19世纪30年代，在欧洲第一次工业革命，以蒸汽机等机器代替人力为标志。瓦特（Watt，1736—1819），用五年时间在1768年制成实用蒸汽机1785年，蒸汽机用于纺织业，1807年用于轮船，1825年用于火车和铁路。提高蒸汽机的效率的研究，推动了热学的发展，形成了计温学、量热学、热本质研究、热力学、分子运动学和统计力学等等，构成了近代物理学中的热学。我们的课程将讲授这些内容神州飞船系列中热学的重要性热学的基本内容一个系统两个方面两种途径两种方法若干规律热系统（气体系统）系统的状态系统的过程宏观微观热力学方法统计力学方法宏观微观热力学方法统计力学方法热学是研究物质热现象规律的学科《热学》

李椿《热力学·统计物理》

汪志诚《新概念物理教程》热学赵凯华《物理学》(Physics)第一卷

R.Resnick,D.Halliday

………主要参考书物质的微观模型1.宏观物体由大量微粒—分子(原子)组成的2.物质的分子在永不停息地做无序热运动3.物质的分子存在相互作用力扩散布朗运动合力斥力引力O20.1统计规律与概率理论20统计物理学基础

统计方法的一般概念20.1.1.伽尔顿板实验:---大量偶然事件整体所遵从的规律.伽尔顿板实验:单个粒子运动----偶然事件(落入那个槽)大量粒子运动-----统计规律(粒子在槽中的分布)气体系统的特点：大量，杂乱无章（布朗运动），无法建立动力学方程实验发现，大量分子运动符合统计规律统计规律特点:(2)是与单个粒子遵循的动力学规律有本质区别的新规律.(3)与系统所处宏观条件有关.(4)存在起伏(涨落).（涨落是一个学科方向）20.1.2概率（几率）的基本性质实验总观测次数为N,其中出现结果A的次数为NA

事件A出现的概率(1)对大量偶然事件有效,对少量事件不适用。概率是用来衡量偶然事件出现可能性大小的量概率的基本性质(1)W=0为不可能事件;W=1为必然事件.(2)A,B为互斥事件,不可能同时出现,则出现A或B的总概率:---概率叠加原理（3）归一化条件:对所有可能发生的事件的概率之和必为1.或(4)J,K为相容事件(可同时出现），则同时发生J和K的概率.----概率乘法定理20.1.3统计平均系统的宏观量是在测量时间内,系统所有微观状态中相应的微观量的统计平均值!统计平均值对物理量M进行N次测量，其统计平均值为W是Mi的概率热学的研究对象：大量微观粒子组成的宏观体系热力学系统或简称系统宏观量:如:气体的V,P,T...描述系统整体特征的物理量.微观量:如:粒子的系统中描述单个粒子特征的物理量.宏观状态参量阿伏伽德罗常数

NA=6.023×1023/mol20.2.1微观量与宏观量20.2统计物理学基础平衡态：在不受外界影响的条件下，一个系统的宏观性质不随时间改变的状态。动态平衡20.2.2平衡态与非平衡态真空膨胀1）单一性;2）稳定性；3）自发过程的终点；4）热动平衡.平衡态的特点系统处于平衡态时,系统的宏观量具有稳定值,而单个粒子的微观量在不断变化.4.平衡态是概率最大的状态abcd4个可分辨热运动粒子，在等容体A,B两室中：（中间隔板打开）ABABabcdabcdabdcacdbbcdaabcdacbdbcadabcdacbcbdadabcabdacdbcddcbaabcd14641(平衡态概率最大)20.2.3理想气体压强公式理想气体分子模型1）分子作完全无规则热运动。2）分子大小可以忽略。3）分子间作用力（除碰撞外）可以忽略。4）分子间，分子与器壁间完全弹性碰橦。推导中用到的统计概念和统计假设:①在平衡态下分子按位置的分布是均匀的②平衡状态下分子沿任何方向的运动都不占优势，因而有:V--气体分子自由活动的空间；p--分子碰撞器壁的集体表现速度在的分子一次碰撞ds后的动量变化为dt时间内,凡是在底面积为ds,高为vixdt

的斜柱体内,推导理想气体压强公式的分子都能与ds相碰.而且速度在这些分子作用于ds冲量为dt内各种速度分子对ds的总冲量为:vdsxvixdt因而压强dsxvi=2vix压强所以其中为分子的平均平动动能平衡状态下分子沿任何方向的运动都不占优势讨论；1）压强公式将宏观量p和微观量i的统计平均值联系在一起2）有一定分布（平衡态）3）阐明了p的微观本质（定性、定量）4.温度----分子杂乱无章的热运动的平均