大学物理教程6-1

热学的研究方法

1.宏观方法---热力学方法(第6章)从实验确定的基本规律出发，研究热现象的宏观特性和规律。对系统进行整体描述。2.微观方法---统计物理方法（第7章）从物质的微观结构出发，建立物理模型，用统计平均的方法，研究热现象及规律的微观本质。两种方法相辅相成。单个分子—遵循力学规律研究对象的特征整体（大量分子）—听从统计规律6-1平衡态态参量和志向气体物态方程一、平衡态在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间改变的状态(动态平衡，有别于力学平衡)。二、.状态参量·描述系统平衡态的宏观参量常用：P、V、T·平衡态下状态参量不随时间变化·在P—V图上，一个点表示一个平衡态PVTV·

确定的系统，P、V、T有关联系统平衡态的宏观状态参量

1、气体压强：作用于容器壁上单位面积的正压力—单位面积的压力。国际单位：牛顿/米2，N·m-2,帕（Pa）常用单位：大气压，atm标准大气压：纬度海平面处,时的大气压.1Pa=1N·m-2,换算：其它单位：厘米汞柱，cmHg托，Torr

2、体积

:气体所能达到的最大空间，----气体分子活动的空间体积。是从几何角度描写气体状态的物理量。

对于理想气体，分子大小不计，分子活动的空间体积就是容器的体积。国际单位：米3，m3常用单位：升，l

3、温度

:气体冷热程度的量度---从热学角度描写气体状态的物理量。国际单位：绝对温标T

（开尔文），简称开，K常用单位：摄氏温标t

度，三、系统平衡态的物态方程理想气体1摩尔状态参量之间的关系温度，是一个代表热学学科特征的概念式中m

是气体的质量，M

是气体的摩尔质量。两物体，热平衡，这两物体具有某一共同的性质热力学第零定律对确定的系统，在平衡态下，它的状态参量满足确定的关系：志向气体物态方程P0、V0、T0为标准状态下的状态参量1摩尔摩尔志向气体物态方程式中m是气体的质量，M是气体的摩尔质量。该式表示了志向气体在任一平衡态下各宏观状态参量之间的关系。阿伏伽德罗常量：几个常量1mol的任何气体中都有NA个分子，这个数值叫阿伏伽德罗常量。mol-1玻耳兹曼常量：用N表示体积V中的气体分子总数，则摩尔数令为玻耳兹曼常量。J/K理想气体物态方程可以写成：或气体分子数密度:理想气体物态方程中，是单位体积内气体分子的个数，叫气体分子数密度。也是常用形式热力学系统由大量粒子组成十亿亿亿当高真空十亿例：一氧气瓶盛有体积为V1=30l，压强为P1=130atm的氧气，若压强下降到P2=10atm,就应停止运用重新灌气，有一车间每天用掉P3=1atm、V3=40l的氧气，问这瓶氧气能用几天？设运用中温度不变。解：由志向气体物态方程：有原氧气瓶内质量应用举例氧气瓶剩余质量每天运用氧气质量运用的天数一、准静态过程假如在所进行的过程中能使系统在任一时刻的状态都接近于平衡态，这样的过程称为准静态过程。a)等压膨胀pOVp-V图上几条等值过程曲线cabb)等体升压c)等温膨胀6－2准静态过程过程的功、热量和内能在P—V图上，一个点表示一个平衡态

V—T，P---T图二、准静态过程的功探讨：1）PV图上曲线下面积表示体积功大小。2）功不是系统状态的特征,而是过程的特征。体积功：在准静态过程中，气体或液体体积发生变更系统做的功pp.P1V1.P2V2v0A>0系统对外做正功A<0系统对外做负功p.P1V1.P2V2v0元功例6-1设志向气体阅历一等温过程，从V1膨胀到V2，求过程的功A等温过程，温度T为一常量，压强p

可写成

故理想气体做的元功

积分得

解由理想气体的物态方程三、热量系统通过热传递过程与外界交换能量的量度为热量Q.热量与功一样是过程量Q>0系统从外界吸收热量;

Q<0系统向外界放热。

1卡=4.2J1）过程量：都与过程有关；2）等效性：变更系统热运动状态作用相同；宏观运动分子热运动功分子热运动分子热运动热量3）功与热量的物理本质不同.1卡=4.18J，1J=0.24卡热量与功的异同作功和传递热量都是能量交换的方式试验证明系统从A状态变更到B状态，可以接受做功和传热的方法，不管经过什么过程，只要始末状态确定，做功和传热之和保持不变.2AB1**2AB1**系统内能的增量只与系统起始和终了状态有关，与系统所阅历的过程无关.四、志向气体内能:表征系统状态的单值函数，志向气体的内能仅是温度的函数.2AB1**2AB1**（1）广义上内能是系统内全部粒子各种能量的总和。（2）在热学，内能是系统内全部分子热运动动能和分子间相互作用势能的总和。内能是状态量，内能是状态参量的单值函数。（3）对于志向气体，内能仅是系统内全部分子热运动的动能。确定质量的志向气体内能E仅是温度T的单值函数，即i由组成系统的气体分子类型所确定单原子分子，i=3双原子分子，i=5一、热力学第确定律系统从外界吸取的热量,一部分使系统的内能增加,另一部分使系统对外界做功.准静态过程微小过程12**6－3热力学第确定律

及其在志向气体等值过程中的应用1）热力学中的能量转换和守恒定律。2）试验总结的规律。+系统吸热系统放热内能增加内能减少系统对外界做功外界对系统做功第一定律的符号规定第一类永动机：即不从外界吸取能量，而不断对外作功的机械。第一类永动机违反能量守恒定律。17-18世纪，热衷于设计永动机。1775年，法国科学院决议不再受理永动机设计方案。计算各过程的热量、功和内能变更的依据：（2）各过程中能量守恒（1）理想气体的共性（3）各具体过程的特征特征方程准静态过程二、等温过程热力学第确定律恒温热源T12特征常量过程方程常量12等温膨胀A12A等温压缩

A

AE是中间者，传递Q与A的相互转化

例6-2

在一气缸内放有一定量的水，活塞与汽缸间的摩擦不计,缸壁由良导热材料制成.作用于活塞上的压强.开始时,活塞与水面接触.若使环境(热源)温度非常缓慢地升高到.求把单位质量的水汽化为水蒸汽,水的内能改变了多少?已知水的汽化热为水的密度水蒸汽的密度解水汽化所需的热量水汽化后体积膨胀为水水蒸气热源水水蒸气热源单位三、等体过程定体摩尔热容热力学第一定律特性常量

定体摩尔热容:

理想气体在等体过程中吸收的热量，使温度升高,其定体摩尔热容为过程方程常量热力学第一定律

等体升压

12

等体降压

1212四、等压过程定压摩尔热容过程方程常量特性常量功

定压摩尔热容:

理想气体在等压过程中吸收的热量，温度升高，其定压摩尔热容为A热一律可得定压摩尔热容和定体摩尔热容的关系摩尔热容比

比热容热容比热容12A等压膨胀12A等压压缩

A

A探讨对象：热力学系统——志向气体一、描述状态：平衡态，P、V、