大学物理-多媒体课件 -1 温度(自学提纲)

1、1,热学研究宏观物体（大量分子原子系统，热力学系统）与热现象有关的性质和规律。,如何描述和研究？,系统,外界,热现象的本质？,大量粒子无规则热运动。,热力学统计力学,核心概念：温度,一、关于热学,2,一个不受外界影响的系统，称为孤立系统。,二、热力学的研究方法,孤立系统,研究系统的宏观性质。,孤立系统的平衡态,在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态平衡态。,3,严格定义：对于一个孤立系统，系统的无序程度最大（最混乱）的状态，称为平衡态。,例.平衡态和稳定态,平衡态,稳定态,稳定态可以划分成一系列近似的平衡态。,哪个是平衡态？,平衡态判据：系统内部温度均匀、压强均匀。,T1T2

2、,4,平衡态可以用宏观参量描述,平衡态,准静态过程：每一时刻系统都无限接近于平衡态的过程。,对“无限缓慢”的实际过程的近似描述。,5,1、热力学（thermodynamics）,例.理想气体状态方程,用宏观参量描述系统,实验宏观量间基本关系,分子数密度,玻尔兹曼常量,6,热力学如何定义温度？,热平衡态：由导热板隔开（或直接接触）的两个系统，达到的共同平衡态。,热平衡定律（热力学第零定律）,分别与第三个系统处于同一热平衡态的两个系统必然也处于热平衡。,7,定义温度：,两个（或多个）热力学系统处于同一热平衡态时，它们必然具有某种共同的宏观性质。,处于热平衡的多个系统有相同的温度。,这一共同的宏观性

3、质，称为系统的温度。,“冷热程度”日常对温度的理解,给出了测温（温标）的原理。,热力学特点：普遍、可靠。但微观本质揭示不够。,8,对粒子的微观量，例如位置、速度、动量、转动、振动等，通过统计平均推导系统的热力学性质，将系统的微观性质与宏观性质联系起来，这就是统计热力学的研究方法。,物质的宏观性质决定于微观粒子的不停运动。虽然每个粒子都遵守力学定律，但无法用力学中的微分方程去描述系统整体运动状态。,2、统计力学（statisticalmechanics）,9,对器壁单位面积受力作统计平均得,平动动能的统计平均值,【演示】气体压强模拟,例.理想气体的压强,10,揭示了温度的微观意义：温度反映了物体

4、内部分子无规则运动的激烈程度。,统计力学揭示微观本质，但与模型相关。,按粒子遵循经典力学规律统计经典统计,按粒子遵循量子力学规律统计量子统计,11,一个小球落在哪里有偶然性；少量小球的分布每次都可能不同；大量小球的分布却是稳定的。,统计规律：对大量偶然事件整体起作用的稳定的规律。,【演示】伽尔顿板,三、统计规律,12,MonteCarlo方法介绍,例1.湖水面积A的测量,N,n,N随机试验点数n落入湖内试验点数,N涨落,涨落（fluctuation）：相对统计平均值的差,A0已知面积,13,Dx,xi,1、数值方法,例2.计算积分,格点数n100，对三重积分n1003占用空间大,14,2、MonteCarlo方法,累加计算，占用空间小,：随机数,：随机实验点数,15,例3.可裂变材料中子粒子输运过程计算,依据物理规律，用01间的随机数表示何种反应及在何处发生。统计每一步反应所产生的中子，g-光子等粒子数，再现中子粒子的输运过程。,16,1.n碰撞g2.裂变g3.n捕获4.n逃逸5.g碰撞6.g逃逸7.g捕获,17,MonteCarlo中子粒子传输程