引言及第一章温度

引言及第一章温度1第1页，课件共46页，创作于2023年2月研究的对象：大量微观粒子所组成的宏观客体——热力学系统应用：测温热工学和低温技术化学、化工冶金工业在现代科学技术中2第2页，课件共46页，创作于2023年2月§0-2热力学系统的宏观描述和微观描述

研究方法宏观理论（热力学）微观理论（统计物理学）在大量实验的基础上总结出热力学基本定律从气体的微观结构出发，应用力学规律借助统计的方法研究热力学规律优点：简便、可靠、普适缺点：不能解释热现象的本质优点：能解释热现象的本质缺点：数学上的困难3第3页，课件共46页，创作于2023年2月§0-3热学发展简史第一时期——热学的早期史，开始于17世纪末，直到19世纪中叶，这时期，积累了大量的实验和观察的事实，关于热的本性展开了研究和讨论，为热力学理论的建立作了准备。第二时期——19世纪中叶到19世纪70年代末，热功相当原理奠定了热力学第一定律的基础，和卡诺理论结合导致了热力学第二定律的形成，与微粒说结合导致了分子运动论的建立。但热力学与分子运动论的发展彼此隔绝的。第三时期——19世纪70年代末到20世纪初，热力学与分子运动论的结合导致了统计物理学的产生。第四时期——起于20世纪30年代，出现了量子统计物理学和非平衡态理论。形成了现代理论物理学最重要的一个部门。4第4页，课件共46页，创作于2023年2月热的本质热是一种元素（热质说calorictheory）热是物质运动的一种表现认为热是一种物质的说法：古希腊的德谟克里特（Democritus,前460——371年）哈雷大学的施塔耳（stahl,1660——1734）傅里叶（Fourier,1768——1830),于1822年建立了傅里叶定律布莱克（Black,1728——1799），于1755年发明了冰量热器。卡诺（SadiCarnot,1796——1832),于1824年得出卡诺定理利用热质说得到的成果：伽桑狄（Gassendi,1592——1655）5第5页，课件共46页，创作于2023年2月1799年，戴维(Davy,1778——1829)把两块冰互相摩擦使之完全熔化1842年，迈耶（Mayer,1814——1878）提出能量守恒学说——能量守恒与转换定律，热力学第一定律。从1840年到1879年进行了多种实验测定热功当量并在1850年发表了结果认为热是物质运动的一种表现：培根（FrancisBacon,1561——1626）伦福德（CountRumford,1753——1814），于1798年发现制造枪炮时所切下的碎屑有很高的温度焦耳（JamesPrescottJoule,1818——1889）6第6页，课件共46页，创作于2023年2月1948年，开尔文（Kelvin,W.thomson,1824——1907）制定了绝对温标1850、51年克劳修斯（K.EClausius,1822——1888）与开尔文分别得出了热力学第二定律1906年能斯特（WNernst,1864——1941）得出了热力学第三定律热力学趋于完善统计物理学也发展为完整的理论克劳修斯从分子运动论的观点导出了玻意耳定律麦克斯韦（Maxwell,1831——1879）得出了分子运动速度分布律玻耳兹曼（Boltzmann,1844——1906）给出了热力学定律的统计解释吉布斯（JosephWillardGibbs,1839——1903）建立了统计法7第7页，课件共46页，创作于2023年2月内容安排1热力学基础2

统计物理学初步知识3

物性学方面的知识温度第一章6学时热力学第一定律第二章8学时热力学第二定律第三章6学时气体动理论第四章10学时气体内的输运过程第五章4学时非理想气体固体和液体第六章8学时相变第七章8学时8第8页，课件共46页，创作于2023年2月第一章温度

Temperature§1-1平衡态状态参量

一热力学系统的平衡态热力学系统孤立系统封闭系统开放系统孤立系统各部分宏观性质不随时间变化的状态-------平衡态，否则为非平衡态（无能量、无物质交换）（有能量、无物质交换）（有能量、有物质交换）例9第9页，课件共46页，创作于2023年2月系统呈现平衡态的条件：（一）满足热平衡条件系统内部处处温度相等（二）满足力学平衡条件系统内部各部分，系统与外界之间达到力学平衡无外场时，压强处处相同（三）满足化学平衡条件无外场时，系统各部分化学组成处处相同1条件：孤立系统2热动平衡3理想状态例10第10页，课件共46页，创作于2023年2月二状态参量（物态参量）对一定质量，一定种类的化学纯的气体系统，需两个参量描述1体积V——从几何角度来描述的2压强p

——从力学的角度来描述的3温度T——从热学的角度来描述的对混合气体：化学参量摩尔数质量M若系统在外场中，电磁参量11第11页，课件共46页，创作于2023年2月§1-2热力学第零定律和温度一热力学第零定律1.热平衡thermalequilibrium不动绝热壁A气体B气体A气体B气体导热壁两个系统处于热平衡动12第12页，课件共46页，创作于2023年2月2.热力学第零定律zerothlawofthermodynamics绝热壁导热壁A、B、C达到热平衡A、B的状态不变13第13页，课件共46页，创作于2023年2月在不受外界影响下，只要A和B同时与C处于热平衡，即使A和B没有热接触，它们仍处于热平衡——热平衡定律Fowler于1939年提出的，称为热力学第零定律二温度的概念一切互为热平衡的系统都具有相同的温度14第14页，课件共46页，创作于2023年2月温度数值表示法——温标一经验温标EmpiricalTemperatureScale

利用某一测温物质的某一测温属性建立的温标例]p=C，气体或液体的体积随T

↑→V↑V=C，气体或液体的压强随T↑→p↑金属丝的电阻随T↑→R↑光强的亮度随温度T↑→亮度↑——经验温标§1-3温标的建立15第15页，课件共46页，创作于2023年2月建立一种经验温标要包含三个要素：（1）选择某种测温物质，确定它的测温属性（2）对测温属性随温度的变化关系作出规定（3）选定标准温度点并规定其数值设：测温参量被测系统与温度计（测温质）热平衡时的温度值令：可得：待定常数16第16页，课件共46页，创作于2023年2月常用的几种：1选定水的冰点和沸点为标准点，规定1atm下0℃和100℃2选定水的冰点和沸点为标准点，规定1atm下32℉和212℉3选定水的三相点为标准点，温度值选为273.16K——摄氏温标Celsiusscale——华氏温标Fahrenheitscale——开尔文温标（热力学温标）与为线性关系：设：冰点时，温度测温参量沸点时，温度测温参量17第17页，课件共46页，创作于2023年2月18第18页，课件共46页，创作于2023年2月二理想气体温标1.气体温度计

GasThermometer一定质量的气体，p不变，定压气体温度计V不变，定体气体温度计2.理想气体温标PerfectGasTemperatureScale

规定：标准的温度点选用水的三相点，温度值273.16K对定体气体温度计:该气体在水的三相点时的压强值19第19页，课件共46页，创作于2023年2月实验:实验结果说明:1实际气体不是理想的3若用定压气体温度计.可得2随减小,测得的差别也愈来愈小,不同气体都有同样结果用定体气体温度计测量水的汽点(沸点)的温度20第20页，课件共46页，创作于2023年2月结论:(体积V不变)(压强p不变)无论何种气体，无论是定体还是定压所建立的温标，在气体压强趋于零时,都趋于一共同的极限值,这个极限值的温标为理想气体温标:气体的液化点以下和高温1000℃以上不适用最低温度为1K,用氦为测温质21第21页，课件共46页，创作于2023年2月三热力学温标和国际温标不依赖测温物质和测温属性的温标------热力学温标可用理想气体温标在一定范围内实现热力学温标开尔文在热力学第二定律的基础上建立了这种温标也是理论温标.1.热力学温标

ThermodynamicScale

ofTemperature22第22页，课件共46页，创作于2023年2月要点:1规定热力学温标为基本温标,单位:开尔文符号:K2规定水的三相点的热力学温度为273.16K3摄氏温标由热力学温标导出:t=T-273.152.国际温标International

TemperatureScale

国际间协议性温标ITS—90温度范围从0.65K---2357.77K23第23页，课件共46页，创作于2023年2月温度的范围24第24页，课件共46页，创作于2023年2月四温度测量的方法（一）膨胀测温法玻璃液体温度计双金属温度计-30℃—600℃-80℃—600℃（二）压力测温法定体气体温度计压力表式温度计4K—550℃精度高蒸气压式温度计（三）电磁学测温法电阻温度计温差热电偶温度计灵敏度高半导体热敏电阻温度计（四）辐射测温法频率温度计光学温度计准确度最高，可数字化辐射高温度计（五）声学测温法比色高温度计声学温度计噪声温度计灵敏度高25第25页，课件共46页，创作于2023年2月§1-4理想气体状态方程

一热力学系统的状态方程若对于一个一定质量的各向同性的热力学系统，在无外场作用下，可用V、p、T三个参量来描述，实验表明这三者不是独立的。或二理想气体及其状态方程由实验找出理想气体状态方程结论:R——普适气体常量universalgasconstant（摩尔气体常量）无论什么气体，多少温度，当p0时，常量，定义用R表示严格遵从的气体——理想气体Equationofstateofperfectgas

26第26页，课件共46页，创作于2023年2月——1mol理想气体状态方程对M质量的理想气体，设摩尔质量则有摩尔气体——M质量的理想气体状态方程1理想气体不存在2常温常压下实际气体近似为理想气体在标准状态下，1mol理想气体27第27页，课件共46页，创作于2023年2月由理想气体物态方程实验定律1当不变时，常数玻意耳——马略特定律2当不变时，常数——盖吕萨克定律称为气体的体膨胀系数常数——查理定律压强（温度）系数3当不变时，4阿伏伽德罗定律在相同T和p，1mol任何气体的V相等28第28页，课件共46页，创作于2023年2月三混合理想气体状态方程若气体由A种气体，由B种气体，种理想气体组成道尔顿分压定律：Daltonlawofpartialpressure混合气体压强等于各组分的分压强之和各组分单独存在时与混合气体同温同体积时的压强令为混合气体的摩尔数——混合理想气体物态方程平均摩尔质量29第29页，课件共46页，创作于2023年2月四理想气体的p—V—T图1V不变时，投影在p—T图上为等体线是一直线。2T不变时，投影在p—V图上为等温线是一双曲线。3p不变时，投影在V—T图上为等压线是一直线。等温线越靠近原点等压线30第30页，课件共46页，创作于2023年2月理想气体状态方程的应用要求:1

对的物理内容有全面的理解2确定合适的研究对象，认真分析状态及过程特征例1]1氧气瓶体积V=30L，充满氧气后压强为p1=130atm,按理当压强下降到p2=10atm时要重新充气，现在每天用v=40L，

p3=1atm的氧气，问一瓶氧气用多少天？31第31页，课件共46页，创作于2023年2月例2]一水银气压计管.水银面到管顶的距离为lmm,在标准大气压相当于HmmHg高和温度t1℃下，有一个空气泡进入管中，因此管内水银柱长度减为h1mm,试求修正量ΔP的表达式，引入这个修正量将可以在任何温度t℃管内水银柱的任何高度hmm时利用气压计准确测量气压。例3]一只气球,在标准状态下可带179N的总负载,当上升到气压为0.66atm,温度为-10℃的高度时,气球所带的总负载是多少?(气球体积不变)32第32页，课件共46页，创作于2023年2月例4]Gasatroomtemperatureandpressureisconfinedtoacylinderbyapiston,thepistonisnowpushedinsoastoreducethevolumetoone-eighthofitsoriginalvalue.Afterthegastemperaturehasreturnedtoroomtemperature,whatisthegaugepressureofthegasinkPa?Localatmosphericpressureis740mmofmercurySolvedProblems33第33页，课件共46页，创作于2023年2月34第34页，课件共46页，创作于2023年2月测温泡待测液体毛细管保持在同一水平，目的使测温泡中气体的体积不变定体气体温度计示意图水银气压计35第35页，课件共46页，创作于2023年2月玻璃液体温度计示意图36第36页，课件共46页，创作于2023年2月两种线膨胀系数不同的金属组合在一起，一端固定，当温度变化时，两金属热膨胀不同，带动指针偏转指示温度。双金属温度计示意图或可用于温度自动控制。当温度升高时，金属片弯曲与导线相连，实现自动控制。如：冰箱中的温度控制器37第37页，课件共46页，创作于2023年2月压缩流体充入弹簧管，使弹簧管的曲率变化，通过杠杆、齿轮等带动指针。测温