大学物理 吴百诗主编5-1

1、上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 1. 宏观量宏观量状态参量状态参量 平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。 如压强如压强 p、体积、体积 V、温度、温度 T 等。等。2. 微观量微观量 描述系统内个别微观粒子特征的物理量。描述系统内个别微观粒子特征的物理量。 如分子如分子的质量、的质量、 直径、速度、动量、能量等。直径、速度、动量、能量等。 微观量与宏观量有一定的内在联系。微观量与宏观量有一定的内在联系。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出3.温度温度表征物体的冷热程

2、度表征物体的冷热程度 A、B 两体系互不影响各自两体系互不影响各自达到平衡态达到平衡态A、B 两体系达到共同的热两体系达到共同的热平衡状态平衡状态AB绝热板绝热板初初态态 AB导热板导热板末末态态 ABC若若 A 和和 B、B 和和 C 分别热平分别热平衡，则衡，则 A 和和 C 一定热平衡一定热平衡 （热力学第零定律热力学第零定律）上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观处在相互热平衡状态的系统拥有某一共同的宏观物理性质，物理性质，这个性质称为这个性质称为温度。温度。 华氏温标：华氏温标：1714年荷兰华伦海特建

3、立，以水结冰的温年荷兰华伦海特建立，以水结冰的温 度为度为32 F，水沸腾的温度为水沸腾的温度为212 F摄氏温标：摄氏温标：1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立，以冰年瑞典天文学家摄尔修斯建立，以冰 的熔点定为的熔点定为0 C，水的沸点定为，水的沸点定为100 C热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔 文建立，与摄氏温度的文建立，与摄氏温度的数值数值关系为关系为/K/ C273Tt单位为单位为K( (开开) )，称为热力学温度，称为热力学温度。温标：温标：温度的数值表示方法。温度的数值表示方法。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页

4、 下页下页 返回返回 退出退出1.热力学系统热力学系统（热力学研究的对象）（热力学研究的对象）大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。大量微观粒子（分子、原子等）组成的宏观物体。 外界：外界：热力学系统以外的物体。热力学系统以外的物体。系统分类（按系统与外界交换特点）：系统分类（按系统与外界交换特点）：孤立系统：与外界既无能量又无物质交换孤立系统：与外界既无能量又无物质交换封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换封闭系统：与外界只有能量交换而无物质交换开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换开放系统：与外界既有能量交换又有物质交换系统分类（按系统所处状态）系统分类（按系统所处状态）平衡态系

5、统平衡态系统非平衡态系统非平衡态系统上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出平衡态：平衡态：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质在不受外界影响的条件下，系统宏观性质均匀一致、不随时间变化的状态均匀一致、不随时间变化的状态。气体状态（气体状态（p,V,T）就是指平衡态）就是指平衡态。 状态到状态是一个状态变化的过程。若此状态到状态是一个状态变化的过程。若此过程足够缓慢，这个过程中每一状态都可近似看作过程足够缓慢，这个过程中每一状态都可近似看作平衡态。平衡态。2.2.平衡态平衡态 平衡条件平衡条件: (1) 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换，系统与外界在宏观

6、上无能量和物质的交换， (2) 系统的宏观性质不随时间改变。系统的宏观性质不随时间改变。非平衡态非平衡态: 不具备两个平衡条件之一的系统。不具备两个平衡条件之一的系统。 上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出箱子假想分成两相同体积的部分，箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。界线，但两侧粒子数相同。例如：例如：粒子数粒子数说明：说明： 平衡态是一种理想状态平衡态是一种理想状态 处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，为碰撞， 每个分子的速

7、度经常在变，但是系统的宏每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。观量不随时间改变。 平衡态是一种热动平衡平衡态是一种热动平衡上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一当热力学系统在外界影响下，从一个状态到另一个状态的变化过程，称为个状态的变化过程，称为热力学过程热力学过程，简称，简称过程过程。热力学过程热力学过程非静态过程非静态过程准静态过程准静态过程 3.3.准静态过程准静态过程准静态过程：准静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，如果过系统从一平衡态到另一平衡态，如果过程中所有中间态都可以近似地看作平

8、衡态的过程。程中所有中间态都可以近似地看作平衡态的过程。非静态过程：非静态过程：系统从一平衡态到另一平衡态，过程中系统从一平衡态到另一平衡态，过程中所有中间态为非平衡态的过程。所有中间态为非平衡态的过程。气体气体自由自由膨胀膨胀例：例：气体气体等温等温膨胀膨胀T上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出CpVT理想气体的理想气体的 p，V，T 满足满足标准状态：标准状态：330,mol22.4 10m /molV0273.15KT 5201.013 10 Pa(N/m )p 或atm1

9、0 C对质量为对质量为m的理想气体的理想气体0 00pVpVTT00,mol0molpmVT MmolmRM上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出00,mol0p VRTmolmpVRTM其中其中KJ/mol31.8普适气体常数普适气体常数222II(,)p V TpO111I(,)p V T V根据状态方程，系统的压根据状态方程，系统的压强、体积、温度中任两个量一强、体积、温度中任两个量一定就可确定系统的状态，因此定就可确定系统的状态，因此常用常用p- -V 图中的一条曲线来表图中的一条曲线来表示系统的准静态过程，曲线上示系统的准静态过程，曲线上任一点都

10、表示气体的一个平衡任一点都表示气体的一个平衡态，这种图叫态，这种图叫状态图。状态图。上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例题例题5-1 某种柴油机的汽缸容积为某种柴油机的汽缸容积为0.827 10- -3m3。设压。设压缩前其中空气的温度缩前其中空气的温度47，压强为，压强为 8.5 104 Pa。当活塞。当活塞急剧上升时可把空气压缩到原体积的急剧上升时可把空气压缩到原体积的1/17，使压强增加，使压强增加到到4.2 106Pa，求这时空气的温度。如把柴油喷入汽缸，求这时空气的温度。如把柴油喷入汽缸，将会发生怎样将会发生怎样 的情况？的情况？解解: :

11、本题只需考虑空气的初状态和末状态，并且把空本题只需考虑空气的初状态和末状态，并且把空气作为理想气体。气作为理想气体。有有222111TVpTVp222111930Kp VTTp V已知已知 p1=8.5 104Pa, p2=4.2 106Pa,T1=320K，V1:V2=1:17 这一温度已超过柴油的燃点，所以柴油喷入汽缸这一温度已超过柴油的燃点，所以柴油喷入汽缸时就会立即燃烧，发生爆炸推动活塞作功。时就会立即燃烧，发生爆炸推动活塞作功。所以所以上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出例题例题5-2 容器内装有氧气，质量为容器内装有氧气，质量为 0.10kg

12、，压强为，压强为 10 105 Pa ，温度为，温度为 47 C。因为容器漏气，。因为容器漏气， 经过若经过若干时间后，压强降到原来的干时间后，压强降到原来的 5/8，温度降到，温度降到 27 C。问问(1)容器的容积有多大？容器的容积有多大？ (2)漏去了多少氧气？漏去了多少氧气？molmpVRTM求得容器的容积求得容器的容积 V 为为33mol8.31 10 mmRTVMp解解: :(1)(1)根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出所以漏去的氧气的质量为所以漏去的氧气的质量为2 3.33 10 kgm m m 2mol6.67 10 kgMp VmRT若漏气若干时间之后，压强减小到若漏气若干时间之后，压强减小到 p ，温度降温度降到到 T 。如果用如果用m 表示容器中剩余的氧气的质表示容器中剩余的氧气的质量，从状态方程求得量，从状态方程求得上页上页 下页下页 返回返回 退出退出上页上页 下页下页 返回返回 退出退出 选择进入下一节选择进入下一节 5-0 教学基本要求教学基本要求 5-1 热运动的描述热运动的描述 理想气体模型和理想气体模型和物物态方程态方程 5-2 分子热运动和统计规律分子热运动和统计规律 5-3 理想气体的压强和温度公式理想