2025年热力学核心概念与要点梳理全面掌握热学

第七章：分子动理论

内容1、物体是由大■分子构成的

内容2、分子永不停息的做无规则热运动

内容3、分子间同步存在互相作用的引力和斥力

一、物体是由大量分子构成的

阿伏加德罗常数（NAMXIORmolT：联络微观・与宏观■的桥梁。

微观■:分子体积小分子直径d、分子质・小分子总个数N

宏观量：物质体积八摩尔体积K物质质量办摩尔质量明

物质密度P\物质的量n©

分子质摩尔质・极阿伏加德罗常数NA即府二的包

分子质•周二物质密度P糠尔体积"阿伏加德罗常数此即周二P

分子质量数量级lO^lg

分子体积％;摩尔体积两伏加德罗常数NA：

分子体积所摩尔质・和物质密度。啊伏加德罗常数NA即存〃QNA

（对气体，/应为气体分子占据的空间大小）分子直径：（数量级ICT，）

①球体模型.^4）3=V（固体、液体一般用此模型）

②立方体模型,1二酝（气体一般用此模型固体、液体估算直径也可）（对气电

d应理解为相邻分子间的平均距离）

分子的数量：N=/INA=/n//H）=V/VQn=m/Mn=v/V（n=pv/Mn=m/pV）

（*对气体，/应理解为气体分子所占空间体积*）

固体、液体分子可估算分子大小（认为分子一种挨一种紧密排列）；气体分子不可

估算大小，只能估算分子间平均距离、所占空间体积

油膜法测油酸分子直径（运用宏观量求微观・）

原理：d=V/S

d:单分子油膜层厚度

v:1滴油酸酒精溶液中油酸体积二N滴油酸酒精溶液总体积*浓度/N

s:单分子油膜面积（查格数：多于半格算一种格，少于半格不算）

二、分子永不停息的做无规则热运动

分子永不停息的无规则运动叫热运动------（微观运动）

1、扩散现象：不一样物质彼此进入对方。温度越高，扩散越快。

（扩散现象由于分子热运动引起的，是宏观现象，不是分子的热运动）

应用举例：向半导体材料掺入其他元素

扩散现象不是外界作用引起的，是分子无规则运动的直接成果，是分子无规则运动宏

观反应

间接说明：分子间有间隙

2、布朗运动：悬浮在液（气）体中的固体小微粒的无规则运动，要用显微镜来观测.

布朗运动发生的原因是固体小微粒受到周围微粒的

液（气）体分子无规则运动地撞击的不平衡性导致的.因而布朗运动阐明了（与固

体小微粒接触的液体或气体）分子在永不停息地做无规则运动.

（1）布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动.

（2）布朗运动不是液体分子的运动.

（3）书本中所示的是固体小微粒不一样步刻位置连线，不是运动轨迹.

（4）微粒越小不平衡性越明显，温度越高，布朗运动越明显.

注意：房间里一缕阳光下的灰尘的运动不是布朗运动.热水里的胡椒粉的运动是由

于对流引起的（眼睛能看到）不是布朗运动。

3）扩散现象是分子运动的直接证明但不是分子的热运动；布朗运动间接证明了液体或

气体分子的无规则运动

三、分子间的作用力

分子间存在互相作用的引力和斥力

分子间有空隙：酒精和水混合体积变小阐明分子间有空隙

但固体液体很难被压缩，阐明有斥力，很难被拉伸，阐明有引力

破镜难复原,阐明分子间有斥力

1）分子间引力和斥力一定同步存在，且都随分子间距离的增大而减小（但斥力减小的

快），随分子间距离的减小而增大（但斥力增大的快）

2）实际体现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。随分子间距离的增大，分子力先

变小后变大再变小。

（注意：这是指广从不不小于公开始到增大到无穷大）

3）分子力的体现及变化，注意气（1O-1om）与106两个位置。

①当分子间距离为分（约为10一',）时，分子力为零，分子势能最小

②当分子间距离〃＞广。时，分子力体现为引力。当分子间距离由分增大时，分子力先增

大后减小广＞70广。分子力变得很微弱，可忽视，为0

③当分子间距离,V&时，分子力体现为斥力。当分子间距离由/•。减小时，分子力不停

增大

4）注意：压缩气体也需要力，不阐明分子间存在斥力作用，压缩气体需要的力是用来

对抗大量气体分子频繁撞击容器壁（活塞）时对容器壁（活塞）产生的压力。

温度和温标

1、平衡态：在没有外界影响的状况下，只要通过足够长的时间，系统内各部分的状态

参量（P、T）就不在变化，这种状况下我们就说容器内的气体到达平衡态，否则就是

非平衡态。（指的是一种系统的状态）

2、热平衡：两个系统互相接触，通过一段时间后来，状态参置就不再变化了，这阐明

两个系统对于传热来说已经到达了平衡，这种平衡叫做热平衡（指的是两个系统之间

的关系）

3、热平衡定律：假如两个热力学系统各自与第三个热力学系统处在热平衡，则它们彼

此也必处在热平衡。这一试验结论叫做热平衡定律。（热平衡定律又叫热力学第零定律）

4、温度：反应物体冷热程度的物理■（是一种宏观记录概念），是物体分子热运动平

均动能的标志。（确切的说是物体分子热运动平均平动动能的■度）

任何相似温度的物体，其分子平均动能相似。

（1）只有大■分子构成的物体才谈得上温度，不能说某几种制分子的温度是多少多少。

由于这几种分子运动是无规则的，某时刻它们的平均动能也许较大，另一时刻它们

的平均动能也也许较小，无稳定的“冷热程度”。

（2）1℃的氧气和1°C的氢气分子平均动能相似，1°C的氧气分子平均速率不不小于

1°C的氢气分子平均速率。

2）热力学温度⑴与摄氏温度仕）的关系为：T=t+（K）

阐明：①两种温度数值不一样，但变化1K和的温度差相似

②0K是低温的极限，只能无限靠近，但不也许到达。

（绝对0度不可到达一热力学第三定律）

③这两种温度每一单位大小相似，只是计算的起点不一样。摄氏温度把1大

气压下冰水混合物的温度规定为0℃,热力学温度把1大气压下冰水混合物的

温度规定为273K（即把一273℃规定为OK）,因此T=t+273.

5、分子动理论是热现象微观理论的基础

1）热学包括：研究宏观热现象的热力学、研究微观理论的记录物理学

2）记录规律：单个分子的运动都是不规则的、带有偶尔性的；大量分子的集体行

为受到记录规律的支配各速率区间的分子效占总分子做”分比

3）气体分子运动接特点：分子数密度巨大、分子间频繁:彳\、

碰撞、分子运动杂乱无章，某一时刻向各个方向运动的气体'、/弋、

分子数目都相等（有微小差异，可完全忽视）比.......、

100200300400500600700800900OEH

4）气体温度的微观意义：一盥V：.分：Te'

一定温度下分子速率分布：中间多、两头少，温度越高，分子的热运动越剧烈（图

像右移），

内能

D内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和，是状态

变化内能的措施有做功和热传递，它们是等效的.三者的关系可由热

力学第一定律得到AU=WH）

2）决定所有分子势能的原因：体积（分子间距离）

决定所有分子动能的原因：温度（分子总个数、分子平均动能）

3）固体、液体的内能与物体所含物质的多少（分子数）、物体的温度（平均动能）和

物体的体积（分子势能）均有关

气体：一般状况下，气体分子间距离较大，不考虑气体分子势能的变化（即不考虑

分子间的互相作用力）

4）一种具有机械能的物体，同步也具有内能；一种具有内能的物体不一定具有机械能。

它们之间可转化

5）理想气体的内能：

理想气体是一种理想化模型，理想气体分子间距很大，不计分子势能，只考虑：所有

分子的动能总合。

理想气体的内能微观：分子总个数、平均动能（不计分子势能）

宏观：质■、温度

由AU=W+Q：

（1）理想气体与外界做功与否，看体积，体积增大，对外做了功（外界是真空则

气体对外不做功属自由扩散）-W取负值，体积减小，则外界对气体做了功一，取

负值。

（2）吸热Q取正值、放热Q取负值

（3）理想气体内能变化状况看温度。

6）理解内能概念需要注意几点：

（1）内能是宏观■,只对大量分子构成的物体故意义，对个别分子无意义。

（2）物体的内能由分子数■（物质的量）、温度（分子平均动能）、体积（分子间势能）

决定，与物体的宏观机械运动状态无关.内能与机械能没有必然联络.

7）有关分子平均动能和分子势能理解时要注意.

（1）温度是分子平均动能大小的标志，温度相似时任何物体的分

子平均动能相等，但平均速率一般不等（分子质量不一样）.

（2）分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增长。

（3）分子势能为零一共有两处，一处在无穷远处，另一处不不小于a

分子力为零时分子势能最小，而不是零。

（4）理想气体分子间作用力为零，分子势能为零，只有分子动能。

第八章：气体（分子无规则运动起重要作用）试验定律理想气体

1）探究一定质・理想气体压强P、体积V、温度T之间关系，采用的是控制变■法

2）三种变化：玻意耳定律：PV=C查理定律：P/T=C盖一吕萨

克定律：V/T=C

V/T=C/P=K

等温变化图线等容变化图线等压变化图线

（注意面积代表PV乘积）（斜率P/T=C/V=K）（斜率V/T=C/P=K）

提醒：①等温变化中的图线为双曲线的一支，等容（压）变化中的图线均为过原点的

直线（之因此原点附近为虚线，表达温度太低了，规律不再满足）

②图中双线表达同一气体不一样状态下的图线，虚线表达判断状态关系的两种措

施

③对等容（压）变化，假如横轴物理・是摄氏温度%则交点坐标为一

3）理想气体状态方程

理想气体，由于不考虑分子间互相作用力，理想气体的内能仅由温度和分子总数

决定，与气体的体积无关。

对一定质量的理想气体，有竽=券（或牛=。）

应用：1.注意研究对象

2.注意两个状态下的PVT

4）气体压强微观解释：由大・气体分子频繁撞击器壁而产生的，与温度和体积有关。

（1）气体分子的平均动能，从宏观上看由气体的温度决定

（2）单位体积内的分子数（分子密集程度门力/7）,从宏观上看由气体的质量体积决

定

第九章：固体、液体和物态变化

一、晶体和非晶体晶体的微观构造

晶体：石英、云母、明狙、食盐、硫酸铜、蔗糖（粘在一起的糖块是多晶体，单个的

是单晶体）、味精等，（雪花是水蒸气凝华形成的六角形图案的晶体、石英晶体：中间

六棱柱，两端是六棱锥）

非晶体：玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等

曰有确定熔点r多晶体-1、无确定几何形状

〃日日

体熔解和凝固时放I

L1、有确定几何形状

固i

单晶体Y

2、制作晶体管、集成电路

体

非11、无确定几何形状非晶体液化过程中温度会不停变化，而不一

1HH|一样温度下物质由固态变为液态时吸取的热冕

“2、无确定熔点af1I"Xi.m11.JL-a•1-4—*r，v>-A-XA.t1.AX

注：各向同性或异性指：导热或导电性能或光学性质同与不一样

1）只能用单晶体制作晶体管和集成电路

2）详细到某种晶体，它也许只是某种物理性质各向异性较明显。例：云母片就是导热

性明显，方解石则是透光性上明显，方铅矿则在导电性上明显。但笼统提晶体就说多

种物理性质是各向异性。单晶体具有各向异性,但对某些特性或者某些切面上不一定就

体现各向异性

3）同种物质也许以晶体和非晶体两种不一样的形式出现，物质是晶体还是非晶体不是

绝对的，在一定条件下可以互相转化。

4）通过X射线在晶体上的衍射试验，发现多种晶体内部的微粒按各自的规则排列，具

有空间上的周期性。有的物质构成它们的微粒可以按照不一样规则在空间分布，因此

在不一样条件下可以生成不一样的晶体。

例如：碳原子由于排列不一样可以生成石墨（层状构造，层与层之间距离较大，原子

间作用力较弱，质地松软）或金刚石（碳原子间作用力很强，有很大硬度可切割玻璃）。

5）晶体到达熔点后由固态向液态转化，分子间距离要加大。此时晶体要从外界吸取热

■来破坏晶体的点阵构造，因此吸热只是为了克服分子间的引力做功，只增长了分子

的势能。

二、液体（无规则运动与分子力共同作用）的表面张力现象

液体一非晶体的微观构造跟液体非常相似

1）表面张力：表面层分子比较稀硫，r>r。在液体内部分子间的距离在/•。左右，分

子力几乎为零。液体的表面层由于与空气接触，因此表面层里分子的分布比较稀疏、

分子间呈引力作用，在这个力作用下，液体表面有收缩到最小的趋势，这个力就是表

面张力。

液体表面张力与温度有关：温度升高，力减小.

太空中的液体，形状由表面张力决定，由于使液体表面收缩至最小，故呈球状。

2）浸润和不浸润现象：

浸润：液体润湿某种固体并附着在固体表面

不浸润：液体不会润湿某种固体、不附着在固体表面

附着层的液体分子比液体

毛细现象

内部

密（体现斥力）附着层的扩

浸润液体上升

展趋势

稀疏（体现引力）附着层的

不浸润液休下降

收缩趋势

3）毛细现象：浸润液体在细管中上升的现象，以及不浸润液体在细管中下降的现象,

称为毛细现象。

对于一定液体和一定材质的管壁，管的内径越细，毛细现象越明显。

（1）管的内径越细，液体越高

（2）土壤锄松，破坏毛细管，保留地下水分；压紧土壤，毛细管变细，将水引上

来

（3）由于液体浸润管壁，液面边缘部分的表面张力斜向上方，这个力使管中液体向

上运动，当管中液体上升到一定高度，液体所受重力与液面边缘所受向上的力平衡，

液面稳定在一定高度。

三、液晶

1）液晶具有流动性、光学性质各向异性.

2）有些物质在特定的温度范围内有液晶态，另某些在合适的溶剂中熔解时，在一定的

浓度范围具有液晶态。一般棒状分子、碟状分子和平板状分子的物质轻易具有液晶态。

天然存在的液晶不多，多数液晶为人工合成.

3）向液晶参入少许多色性染料，染料分子会和液晶分子结合而定向排列，从而体现出

光学各向异性。当液晶中电场强度不一样步，它对不一样颜色的光的吸取强度也不一

样样，这样就能显示多种颜色.

4）在多种人体构造中都发现了液晶构造.

四、饱和汽和饱和汽压

阐明：相对湿度的计算不做规定

［蒸发一只在液体表面进行并且在任何温度下都能发邺汽化现象

1）汽化［沸腾一在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象

沸腾只在一定温度下才会发生，液体沸腾时的温度叫做沸点（大气压越高时沸点越高）

2）饱和汽与饱和汽压

在密闭容器中的液面上同步进行着两种相反的过程：

首先液体分子从液面飞出来；

另首先由于液面上的蒸气分子不停地做无规则的热运动，有的分子撞到液面上又

会回到液体中去。伴随液体的不停蒸发，液面上气态分子数不停增多，回到液体中的

分子数也逐渐增多。最终，当气态分子的密度增大到一定程度时，就会到达这样的状

态：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，这时气态分子的

密度不再增大，液体也不再减少，液体和气体之间到达了平衡状态，蒸发停止。这种

平衡叫做动态平衡。

我们把跟液体处在动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，把没有到达饱和状态的汽叫做未

饱和汽。在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，饱和汽的压强也是一定的，

这个压强叫做饱和汽压。未饱和汽的压强不不小于饱和汽压。

饱和汽压

（1）饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压，与其他气体的压强无关。

（容器中混合气体的压强等于在同样济度、同样体积条件下混合气体各成分单独存

在时的分压强之和一道尔顿分压定律）

（2）饱和汽压与温度和物质种类有关。（在同一温度下，不一样液体的饱和气压一

般不一样，挥发性大的液体饱和气压大；同一种液体的饱和气压随温度的升高而迅速

增大。［对于某种液体而言单位时间、单位面积（液面）飞出的液体分子数只与温度

有关］

（3）将不饱和汽变为饱和汽的措施：

①减少温度②减小液面上方的体积③等待（最终此种液体的蒸气必然处在饱和状态）

3）空气的湿度

（1）空气的绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强巴来表达的湿度叫做空气的绝对

湿度。

⑵空气的相对湿度：相对湿度=同盘黑蠹票不平/Ps

相对湿度更可以描述空气的潮湿程度，影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感

受。

相对湿度大，人感觉潮湿；人们感到干爽是指相对湿度小。离饱和程度越远，空气

相对湿度越小

4）能量互换：蒸发吸热、液化放热、熔化吸热、凝固放热

（某种晶体）熔化热：熔化过程能量与质量之比（不一样晶体熔化热不一样，非晶

体没有确定的熔化热）

汽化热：某种液体汽化成同温度的气体时所需能■和其质量之比。（水的汽化热随温

度升高而减小P46图）

液体汽化时体积会增大诸多，分子吸取的能量不只是用于挣脱其他分子的束缚，

还用于体积膨胀时克服外界气压做功，因此汽化热还与外界气体的压强有关。

第十章热力学定律

一、做功和热传递是变化物体内能的两种方式

1）绝热过程：系统只通过做功而与外界互换能量，它不从外界吸热，也不向外界放热

焦耳的两个试验：

⑴机械能转化为内能：重物下落带动叶片搅拌容器中的水，引起水温上升

⑵电能转化为内能：通过电流的热效应给水加热。

2）热传递三种方式：热传导、热对流、热辐射

3）热■和内能

⑴不能说物体具有多少热量，只能说物体吸取或放出了多少热量，热量是过程量，对

应一种过程。离开了热传递，无法谈热量。不能说“物体温度越高，所含热量越多

⑵变化物体内能的两种方式：做功和热传递。

做功是内能与其他形式的能发生转化

热传递是不一样物体（或同一物体的不一样部分）之间内能的转移

它们变化内能的效果是相似的。

二、热力学第一定律能量守恒定律

1）热力学第一定律：

（1）内容：一种热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的

功的和。

（2）数学体现式为：AU=W+Q绝热：Q=0既不吸热也不放热;

等温：对气体AU=O,假如是气体向真空扩散，W=0

（3）符号法则：

做功W热内能的变化AU

取正值"+"外界对系统做功系统从外界吸取热，系统的内能增长

取负值“一”系统对外界做功系统向外界放出热■系统的内能减少

2）能量守恒定律：

（1）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式,

或者从一种物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守

恒定律。

（2）第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不停地对外做功，人们把这种不

消耗能量的永动机叫第一类永动机。

根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能・从一种形式转化为另一种形式，

而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不也许制成的

三、热力学第二定律

1）可逆与不可逆过程（方向性）

（1）热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相

反方向却不能自发地进行，即热传导具有方向性，是一种不可逆过程。

（2）阐明：

①“自发地”过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程。

②热量可以自发地从高温物体传向低温物体，热量却不能自发地从低温物体传向

图温物体。

③要将热・从低温物体传向高温物体，必须有“外界的影响或协助”，就是要由外

界对其做功才能完毕。电冰箱、空调就是例子。

2）热力学第二定律的两种表述

①克劳修斯表述：热・不能自发地从低温物体传递到高温物体。

②开尔文表述：不也许从单一热库吸取热■,使之完全变成功，而不产生其他影

响。

但：可以从单一热库吸取热・，使之完全变成功（但有或产生其他变化或影响）

乒乓球浇沸水恢复原状，被压缩的导热气缸恢复原状过程

其他表述:气体向真空的自由膨胀是不可逆的第二类永动机不也许制成

3）热机（机械能能自发的完全转化为内能，但内能不能自发的完全转化为机械能）

①热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从热源吸取热量Q”推进活

塞做功W,然后向冷凝器释放热量