热力学基础--熵与概率PPT课件

-,1,第七章热力学基础熵与概率统计规律性,已讨论的寻找物理学规律的线索：,从宏观物体到微观粒子的运动规律；,电磁场和波的运动规律；,最终在“波粒二象性”上统一起来。,第三条线索：从单粒子的研究发展到由大量粒子组成的复杂体系的研究,-,2,7.1热的本质热功当量,热学是研究物质热性质和热运动的规律及其应用的科学,热是什么？,1667年，德国化学家贝歇尔提出“燃素”理论：可燃物中含有燃素（无色无味无质量），在燃烧时释放出来；,德国化学家斯塔耳做了进一步发展，认为“燃素”是一种气体，燃烧时从可燃物放出，与空气结合，发出光与热。,法国科学家拉瓦锡发现，燃烧时需要氧气，过程违反了质量守恒定律。提出了“热质”说：热质可以从高温物体流向低温物体，总热质守恒。,-,3,热的动力说,“热质说”比起“燃素说”来，进步有限。,1798年，伦姆福伯爵发现，在炮膛钻孔时，热量似乎可以通过摩擦无限产生。因此热的来源不是热质，而是一种运动。,随着原子论的兴起，热的动力说逐渐占据主流，认为“热”可能与和原子或者分子动能相联系的“机械功”之间有互相对应关系。,热量与功一样，是能量的一种传递方式。两者之间，可能存在一种当量关系。,-,4,焦耳实验热功当量的测量,“热质说”比起“燃素说”来，进步有限。,J4.186焦卡,WJQ,-,5,7.2温度热力学温标理想气体状态方程,热学的两种研究方法：,热力学（宏观理论）,以实验事实为基础，整个理论完全建立在两个基本定律（热力学第一定律和热力学第二定律）的基础上并通过严密的逻辑推理得到一些重要的结论。,分子动理论（微观理论）,从构成物质的大量分子所遵从的统计规律出发，讨论物质的宏观热现象。,-,6,一、热力学第零定律测温原理,热平衡：,两个物体互相热接触，经过一段时间后它们的宏观性质不再变化，我们说它们达到了热平衡状态。,热平衡,热接触,表征系统热平衡的宏观性质的物理量为温度,-,7,热力学第零定律：,在不受外界影响的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B达到热平衡，则物体A和B也必相互热平衡。,一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。,Thermalequilibrium热平衡,-,8,温度的宏观定义：,表征系统热平衡的宏观性质的物理量。,如何标定温度？,摄氏温标：压强1atm下，冰点时温度为0摄氏度,沸点为100摄氏度;华氏温标：压强1atm下，冰点温度定为32华氏度,沸点为212华氏度。,热力学中，可以通过理想气体，定义一种自然的温标。,理想气体：忽略气体分子的自身体积，看成是质点；假设分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。,-,9,二、热力学温标与理想气体状态方程,在1662年，玻意耳（Boyle）根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”这是人类历史上第一个被发现的“定律”。,-,10,热力学温标的确立：,为了结束温标上的混乱局面，开尔文(即W汤姆逊)创立了一种不依赖任何测温质(当然也就不依赖任何测温质的任何物理性质)的绝对真实的绝对温标，也叫开氏温标或者热力学温标。,-,11,理想气体温标,绝对温度,气体泡,真空,水银贮管,液体样品,软管,-,12,已有的温度定义：,水的气、液、固三相点为0。,华氏温度=9/5+32,-,13,-,14,温度大观,-,15,100多亿年前，宇宙在大爆炸中诞生时，其温度在1039K以上。,大爆炸后10-43秒，宇宙温度为1032K。,几十万年后，当温度降到4000K时，随着中性原子的有效复合，宇宙变得透明了，今日的宇宙温度已冷却到2.735K，称为微波背景辐射温度。,当代科学实验室里能产生的最高温度是108K，最低温度是10-8K，上下跨越了16个数量级。,人体温度为37，室温为20-30，即300K左右，我们生活的环境温度的起伏上下不过几十度。,-,16,绝对零度的探索：,从18世纪末到19世纪中降温压缩氨、氯、硫化氢、二氧化硫、乙炔、二氧化碳等气体的液化,1863年气液转换“临界点”,1875至1880年德国工程师林德（K.Linde）焦耳-汤姆孙效应“循环对流冷却法”气体压缩式致冷机氧、氢液化,1877年盖勒特（Gailletet）液化了氮和氧。,1902年法国工程师乔治克劳德（GeorgesClaude）液化了空气。,-,17,1908年7月9日，荷兰物理学家昂纳斯（H.K.Onnes，1853-1926）在莱顿大学他所建立的低温实验室里实现了1.15K的低温后，才将氦气液化了，从而消除了最后一种“永久气体”。,1933年，磁冷却成功，用顺磁盐绝热去磁方法获得了0.25K的低温，1950年又获得了10-3K的低温。,1956年，牛津大学弗兰西斯西蒙与柯蒂等，原子核绝热去磁法获得1.610-5