1、太原理工大學物理系太原理工大學物理系 熱學是研究自然界中物質與冷熱有關的性質及熱學是研究自然界中物質與冷熱有關的性質及這些性質變化的規律。這些性質變化的規律。 第二篇第二篇 熱學熱學一、研究對象一、研究對象由大量分子或原子組成的宏觀物體由大量分子或原子組成的宏觀物體對象的特征：對象的特征：大量無規運動的粒子組成。大量無規運動的粒子組成。研究對象：研究對象：熱力學系統熱力學系統系統外的物體稱系統外的物體稱外界外界 molna/10023. 623阿伏伽德羅常數阿伏伽德羅常數太原理工大學物理系太原理工大學物理系一個人每次呼吸氣體大約是一個人每次呼吸氣體大約是1022個分子。個分子。地球上全部大氣約

2、有地球上全部大氣約有1044個分子。個分子。宇宙年齡為宇宙年齡為160160億年。億年。1 1年年 = = 36586400秒秒107秒。秒。160億億年年 1017秒。秒。 “宇宙人宇宙人”1 1秒數秒數100100個分子個分子1017秒秒數數1019個分子個分子不夠人呼吸一次不夠人呼吸一次熱力學系統內分子數量巨大，例熱力學系統內分子數量巨大，例“宇宙人宇宙人”數分子數分子太原理工大學物理系太原理工大學物理系 微觀描述方法從物質的微觀結構出發，微觀描述方法從物質的微觀結構出發，用用統計平均統計平均的方法，研究熱現象及規律的微的方法，研究熱現象及規律的微觀本質。觀本質。 1.1.微觀描述方法微

3、觀描述方法-統計物理方法統計物理方法 描述一個微觀粒子運動狀態的物理量稱微觀量。描述一個微觀粒子運動狀態的物理量稱微觀量。如分子質量、速度、位置、能量如分子質量、速度、位置、能量微觀量一般不能直接用儀器測量微觀量一般不能直接用儀器測量二、熱學的研究方法二、熱學的研究方法太原理工大學物理系太原理工大學物理系 對于一個系統的狀態從整體上加以描述的方法對于一個系統的狀態從整體上加以描述的方法稱為稱為宏觀描述宏觀描述。2.2.宏觀描述方法宏觀描述方法-熱力學方法熱力學方法3.3.宏觀方法和微觀方法的關系宏觀方法和微觀方法的關系1 1）宏觀量和微觀量之間的關系）宏觀量和微觀量之間的關系宏觀量可以直接用儀

4、器測量宏觀量可以直接用儀器測量如體積、壓強、溫度、內能如體積、壓強、溫度、內能 表征系統狀態和屬性的物理量稱表征系統狀態和屬性的物理量稱宏觀量。宏觀量。 太原理工大學物理系太原理工大學物理系例氣體的壓強例氣體的壓強-單位面積上的正壓力單位面積上的正壓力 微觀上：微觀上：單位時間內作用在單位面積上的沖量，單位時間內作用在單位面積上的沖量，千變萬化。千變萬化。 宏觀上：宏觀上：有確定的測量值。有確定的測量值。2 2）宏觀方法和微觀方法之間的關系）宏觀方法和微觀方法之間的關系 兩種方法相輔相成、互相補充。兩種方法相輔相成、互相補充。宏觀量是相應的微觀量的統計平均值宏觀量是相應的微觀量的統計平均值太原

5、理工大學物理系太原理工大學物理系一、平衡態一、平衡態 在不受外界影響的條件下，系統宏觀性質不在不受外界影響的條件下，系統宏觀性質不隨時間改變的狀態隨時間改變的狀態( (熱動平衡熱動平衡) )。5-1 5-1 熱力學平衡的基本概念熱力學平衡的基本概念第五章第五章 氣體分子動理論氣體分子動理論二、狀態參量二、狀態參量 確定熱力學系統狀態的物理量稱為系統的確定熱力學系統狀態的物理量稱為系統的狀狀態參量。態參量。 系統處于平衡態時，可以用體積系統處于平衡態時，可以用體積v、壓強、壓強p、溫、溫度度t這幾個宏觀狀態參量來描述這幾個宏觀狀態參量來描述.太原理工大學物理系太原理工大學物理系1.體積體積v 氣

6、體分子無規則熱運動能達到的空間稱為氣體氣體分子無規則熱運動能達到的空間稱為氣體的體積的體積.在在si中中,單位是立方米單位是立方米. 1l=10-3m3在在si中中,單位單位:帕斯卡帕斯卡(pa)1pa=1nm-21 atm = 1.013 105pa = 760mmhg2.壓強壓強p 大量氣體分子與器壁碰撞大量氣體分子與器壁碰撞,器壁單位面積所受器壁單位面積所受的正壓力的正壓力.太原理工大學物理系太原理工大學物理系3.溫度溫度 氣體的溫度，宏觀上表現為氣體的冷熱程度，氣體的溫度，宏觀上表現為氣體的冷熱程度，而微觀上看它表示的是分子熱運動的劇烈程度。而微觀上看它表示的是分子熱運動的劇烈程度。兩

7、物體冷熱程度不同兩物體冷熱程度不同過一段時間能量傳遞終止過一段時間能量傳遞終止達到一個共同的平衡態達到一個共同的平衡態-熱平衡態熱平衡態qab溫度的數值表示叫溫度的數值表示叫溫標溫標.太原理工大學物理系太原理工大學物理系攝氏溫標與華氏溫標的關系攝氏溫標與華氏溫標的關系15.273tt攝氏溫標與熱力學溫標的關系攝氏溫標與熱力學溫標的關系)c(5932)f(00ttf熱力學零度是不可能達到的。熱力學零度是不可能達到的。平衡態下狀態參量不隨時間變化平衡態下狀態參量不隨時間變化. .太原理工大學物理系太原理工大學物理系三、理想氣體狀態方程三、理想氣體狀態方程 實驗結果表明：對于一實驗結果表明：對于一定

8、的系統，在平衡態下，狀定的系統，在平衡態下，狀態參量滿足一定的關系。這態參量滿足一定的關系。這個關系稱個關系稱狀態方程。狀態方程。 0),(vptf1. 1. 狀態方程的概念狀態方程的概念氣體的狀態方程氣體的狀態方程pvo),(111tvp),(222tvp太原理工大學物理系太原理工大學物理系玻意耳玻意耳- -馬略特定律馬略特定律pv=constant蓋蓋呂薩克定律呂薩克定律v/t=constant查理定律查理定律p/t=constantt不變不變p不變不變v不變不變實驗定律實驗定律2 2. 理想氣體的狀態方程理想氣體的狀態方程理想氣體：理想氣體：遵守三個實驗定律的氣體遵守三個實驗定律的氣體

9、. .太原理工大學物理系太原理工大學物理系設理想氣體的質量為設理想氣體的質量為m，摩爾質量為，摩爾質量為mmol由三條實驗定律導出理想氣體的狀態方程由三條實驗定律導出理想氣體的狀態方程rtmmpvmolr r稱摩爾氣體常量，稱摩爾氣體常量，sisi制中制中j/k.mol318.r 設設m質量的氣體包含質量的氣體包含 n個分子，每個分子質量個分子，每個分子質量 mnmm 氣體質量氣體質量太原理工大學物理系太原理工大學物理系可得到理想氣體狀態方程的另一形式可得到理想氣體狀態方程的另一形式nktp mnmamol氣體的氣體的摩爾質量摩爾質量anrk j/k1038. 123 玻耳茲曼常數玻耳茲曼常數vnn 分子數密度分子數密度 太原理工大學物理系太原理工大學物理系 熱力學過程：熱力學過程：熱力學系統從一個狀態變化到另一熱力學系統從一個狀態變化到另一個狀態個狀態 ,稱為熱力學過程。稱為熱力學過程。平衡態平衡態1 1 非平衡態非平衡態平衡態平衡態2 2太原理工大