《黄晓琴热学§》PPT课件

热学 主讲黄晓琴 参考教材 热学教程黄淑清等高等教育出版社热学李椿高等教育出版社热学肖国屏高等教育出版社热学赵凯华高等教育出版社大学物理学 热学张三慧清华大学出版社 教材 热学秦允豪高等教育出版社 1 热学研究对象 物质的热现象和物质热运动的规律及其应用 热现象 与温度有关的物体的状态和性质的变化 热运动 组成物体的大量微观粒子的一种永不停息的无规则运动 第一章导论 1 1热学研究的对象和方法 1 热学研究的方法按照研究方法的不同 热学可分为两门学科 即热力学和统计物理学 它们从不同角度研究热运动 二者相辅相成 彼此联系又互相补充 1 热力学 研究物质热运动的宏观理论 从基本实验定律出发 通过逻辑推理和数学演绎 找出物质各种宏观性质的关系 得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论 具有高度的普适性与可靠性 但因不涉及物质的微观结构 而将物质视为连续体 故不能解释物质宏观性质的涨落 1 统计物理学 研究物质热运动的微观理论 从物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发 运用统计方法 把物质的宏观性质作为大量微观粒子热运动的统计平均结果 找出宏观量与微观量的关系 进而解释物质的宏观性质 在对物质微观模型进行简化假设后 应用统计物理可求出具体物质的特性 还可应用到比热力学更为广阔的领域 如解释涨落现象 1 热学 课程的主要内容热力学基础温度 热力学第一定律 热力学第二定律分子运动论气体的压强 速度分布 输运现象等物质的热性质固体 液体的热性质及相变等 1 热学发展简史 第一阶段 从远古到十八世纪初 对热的本质有了一些不成熟的朴素认识 由于受生产力发展的制约 没有作为系统的科学建立起来 人工取火始于石器时代1620年培根 FrancisBacon 提出 热是一种膨胀的 被约束的而在其斗争中作用于物体内部较小的粒子之上的运动 玻意耳 R Boyle 认为热是物体内部产生的强烈而杂乱的运动 1 第二阶段 从十八世纪初到十九世纪中叶是热机的发展和热学走上实验科学的阶段十八世纪蒸汽机的出现是人类利用热能方面具有划时代的重大突破 1714年德国人华伦海脱制定了华氏温标1742年瑞典人摄尔修斯制定了摄氏温标对热的本质的问题当时存在两种对立的看法 1 热质说 热是一种可以透入一切物体中的不生不灭无质量的流质2 热是物质运动的一种表现 十九世纪四十年代末 能量守恒与转化定律建立之后 热的运动说取得了最后的胜利 1 第三阶段 十九世纪中叶到末叶是热力学定律建立和完善的阶段 热力学第一 第二定律建立 分子运动论和统计力学的建立 1 第四阶段 二十世纪是热力学和统计物理学相结合进一步发展并和其他学科及近代科学技术相结合的阶段 1912年普朗克提出了了热力学第三定律1969年普里高津提出了 耗散结构 概念 与此相联系的非平衡态统计理论 涨落 物质的自组织现象 耗散结构等 已成为当前统计物理中最活跃的前沿 1 系统与外界1 热力学系统 简称系统 热力学所研究的对象称为热力学系统 简称系统system 2 系统的外界 简称外界 与系统存在密切联系的系统以外的部分称为外界或媒质 medium 1 2热力学系统的平衡态 1 热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下 如果它的宏观性质不再随时间变化 我们就说这个系统处于热力学平衡态 从本质上看平衡态的概念意味着当系统脱离外界影响后 在系统内部不存在任何自发转变的因素 1 注意 与稳恒态的区别 稳恒态不随时间变化 但由于有外界的影响 故在系统内部存在能量流或粒子流 稳恒态是非平衡态 对平衡态的理解应将 无外界影响 与 不随时间变化 同时考虑 缺一不可 稳恒态实例 1 状态参量 平衡态的描述当系统处于平衡态时 系统的宏观性质都不随时间而改变 它的状态可以用一些独立的参量来表示 确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量 常用的状态参量有四类 几何参量 如 气体体积 力学参量 如 气体压强 化学参量 如 混合气体各化学组分的质量和摩尔数等 电磁参量 如 电场和磁场强度 电极化和磁化强度等 1 说明 1 如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质 系统中又不发生化学反应 则不必引入电磁参量和化学参量