12 热学：第九章 温度和气体动理论

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1、热学ZhangShihuiTypicalthermodynamicsystem相关物理学家ZhangShihui焦耳(Joule)英国，迈耶(Mayer)德国亥姆霍兹（Helholtz）1840，焦耳定律，1842提出能量守恒德国，1847，提出并证1843，热功当量明能量守恒定律克劳修斯(1822~1888）Maxwell（1831~1879）波尔兹曼（1844~1906)德国，统计物理奠基人，英国，统计物理学奠基人奥地利统计物理学奠基人提出热力学第二定律热学研究内容ZhangShihui热学热学：研究与热现象相关的规律。：研究与热现象相

2、关的规律。热现象热现象：：物质中大量分子无规则运动的集体表现。物质中大量分子无规则运动的集体表现。热运动：热运动：大量分子的无规则运动大量分子的无规则运动摩尔量级：一个人每次呼吸气体大约是0.2摩尔，每秒钟数10个，得数3亿亿年。热学研究内容ZhangShihui第9章温度和气体动理论ZhangShihui主要内容ZhangShihui热学的基本概念热学的基本概念状态参量和状态方程状态参量和状态方程理想气体压强公式理想气体压强公式温度的微观解释温度的微观解释麦克斯韦速度分布律麦克斯韦速度分布律气体分子的平均自由程气体分子的平均自由程9.1热

3、学基本概念ZhangShihui§9.1热学基本概念HOME热力学系统宏观与微观量ZhangShihui1.1.热力学系统热力学系统热力学研究的对象(包含极摩尔量级的分子、原子，1mol包含阿佛加德罗常数个分子N=6.023×1023/mol)。A热力学系统以外的物体称为外界。物质交换系统外界2.2.宏观量与微观量宏观量与微观量能量交换宏观量：从整体上描述系统的状态微观量与宏观量有内在联量，一般可直接测量。如温度、体系。如气体的压强是大量积、压强、总质量等。分子撞击器壁的平均效果。微观量：描述系统内微观粒子的物理量。如分子质量、直径、速度、

4、动量、能量等。HOME平衡态和准静态过程ZhangShihui3.3.平衡态和准静态过程平衡态和准静态过程理想化模型Æ热学主要研究平衡态的热学规律。在不受外界影响的情况下在不受外界影响的情况下((无能量和物质交无能量和物质交平衡态平衡态换换))，系统的宏观性质不随时间改变的状态，系统的宏观性质不随时间改变的状态动态处在平衡态的大量分子仍在作热运动，因碰撞处在平衡态的大量分子仍在作热运动，因碰撞，，平衡运动都在变化，但系统宏观量不随时间变。运动都在变化，但系统宏观量不随时间变。特点处在平衡态的系统的宏观量，不随时间改变。处在平衡态的系统的宏观

5、量，不随时间改变。涨落但从微观角度看，存在随机的变化。但从微观角度看，存在随机的变化。准静态过程：由平衡态组成的热力学过程。准静态过程：由平衡态组成的热力学过程。HOME9.2状态参量和状态方程ZhangShihui§9.2状态参量和状态方程状态参量ZhangShihui1.1.状态参量状态参量确定平衡态的宏观性质的量。包括：几何参量，如体积；力学参量，如压强；化学参量，如化学成如果所研究问题中只分；电磁参量，如电磁场。需要考虑几何和力学参量，称这种系统为简单系统：压强P，体积V，温度T简单系统(或pV系统)2.2.热力学第热力学第00定律

6、定律AB如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两C个系统彼此也将处于热平衡。HOME状态方程ZhangShihui2.2.理想气体状态方程理想气体状态方程pV=νRTpV=NkTpn=kTR−23−1NN气体分子总数；气体分子总数；k玻尔兹曼常数k==×1.3810JKNA温度T(K)=273.16+t(ºC)；n=N/Vn=N/V气体分子数密度气体分子数密度νν摩尔数摩尔数(mol)(mol)；；R气体普适常数R=8.31(J·mol-1K-1)M推论：推论：pVk=TM气体总质量，μ气体分子质量。μ平均自由程压强公式

7、HOME标准状态ZhangShihui标准状态1mol理想气体，T=273.16KVp=1atm=1.013×105PaV=22.4l=22.4×10-3m3·状态图(p~V、V~T图等)图上每一点对应一个平衡态。p准静态过程对应状态图中的一条曲线，过程的每一点都处于平衡态。非准静态过程不能在状态图中表示HOME9.3理想气体压强公式ZhangShihui§9.3理想气体压强公式HOME理想气体微观模型ZhangShihui1.1.理想气体微观模型理想气体微观模型1)1)对单个分子的力学假设对单个分子的力学假设¾¾把分子看作质点把分子看作质

8、点((分子线度分子线度<<<<分分子平均间距时成立子平均间距时成立))。。¾¾除碰撞瞬间外，分子间无相互除碰撞瞬间外，分子间无相互作用力作用力((忽略重力忽略重力))。。¾¾分子