1热力学的平衡态和状态方程

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1、——研究与热现象有关的规律的科学2、宏观层次的热现象是微观层次的大量分子无规则运动的集体表现。热学研究对象的特点：1、含有极大量分子的物质系统。热学（Heat）大量分子的无规则运动称为热运动。热学的研究方法：1、宏观方法（basedonmacroscopicview）2、微观方法（basedonmicroscopicview）最基本的实验规律物质的微观结构+统计方法宏观方法与微观方法是相辅相成的。优点：揭示了热现象的微观本质。优点：高度的可靠性、普遍性。逻辑推理(运用数学工具)——称为热力学(Thermodyna

2、mics)——称为统计力学气体分子运动论(气体动理论)是其初级理论(StatisticalMechanics)缺点：可靠性、普遍性较差。缺点：未揭示微观本质，不涉及物质自身的热学特性的解释。第1章热力学系统的平衡态及状态方程§1热力学系统及其状态参量一、热力学系统(ThermodynamicSystem)热力学系统按照其与外界间的物质、能量交换关系，分为：孤立系封闭系（闭系）开放系（开系）（isolated）(closed)（open）包含大量的分子、原子，其数量以阿伏加德罗常数（AvgadroConstant)计

3、NA=6.02×1023（mol-1）例：以容器内水为研究对象（系统），则其它均为外界二、宏观量与微观量1、宏观量（MacroscopicQuantity）3、微观量与宏观量有一定的内在联系。2、微观量（MicroscopicQuantity）从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。例如：压强p、描述系统内微观粒子个体特征的物理量。例如，气体的压强是大量分子撞击器壁的平均效果；物质的温度是大量分子作无规则热运动的剧烈程度的宏观体现。可以累加的量广延量强度量质量M、不可累加的量体积V、内能E例如：温度T、分子数密

4、度n如：分子的质量m、直径d、速度v、动量p、能量等。三、平衡态(EquilibriumState)平衡态的基本特征：无宏观的物质流动和能量流动。说明：是动态平衡（DynamicEquilibrium）：在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为平衡态。是一种理想模型，也是本课程的主要研究内容。处在平衡态的大量分子仍在做热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度频繁改变，但系统的宏观量保持不变。又如：布朗运动就是一种可观测的涨落现象。存在涨落现象(Fluctuation)：——此例中两侧粒子数不可能

5、严格相同，这里的偏差即称为涨落。例如：处在平衡态的系统的宏观量，如压强、密度等量，总体上不随时间改变，但不能保证任何时刻大量分子分布与运动的情况完全均匀一致。分子数越多，涨落就越小，宏观态就越稳定。§2温度与温标一、热力学第零定律若两个物体均分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体间亦必处于热平衡。（TheZerothLawofThermodynamics）热平衡（ThermalEquilibrium）:发生热接触的两物体在不受外界影响时总会共同达到平衡态，则说：这两个物体之间处于热平衡状态，或曰：达到了热平衡。热

6、接触（ThermalContact）:两个互相接触的物体之间能够在某种情况下彼此发生能量（热量）交换。——热流（HeatFlow）且实验证明:——热力学第零定律（热平衡定律）二、温度（Temperature）的宏观概念温度：思考：我们常常称温度为“物体冷热程度的量度”，这种说法是否严格？三、温标（TemperatureScale）温度的定量表达。处于热平衡态下的各个系统所共同具有的宏观性质。在实践中，一般利用某种物质的某种热平衡状态（如：水的三相点和沸点）作为温标的基准点，再借助物质的某种宏观性质（如：体积、气压、

7、电阻、光辐射强度……）随温度的变化标定出温度的数值。日常生活中常用的温标：摄氏（Celsius）温标华氏（Fahrenheit）温标由此制成测量温度的仪器：温度计（Thermometer）理想气体温标与热力学温标理想气体（IdealGas）：从热平衡定律出发可以论证：存在一种不依赖于任何具体物质特性的温标，称为热力学温标。在同一温度下，体积与压强的乘积保持为常数的气体。——在理想气体温标的有效范围内，热力学温标与理想气体温标是完全相同的。根据理想气体这一性质确定的温标称为理想气体温标。热力学温标下的温度又称为绝对温

8、度，记为T。温度的国际单位为：K（Kelvin）热力学温度T与摄氏温度t的换算关系：（K）§3状态方程常常用p，V和T这三个宏观量即可完备地描述热力学系统的平衡态。——称为状态方程（或物态方程）。但实验证明，它们并非彼此独立，而是相互依赖的，且总可满足一定的函数关系（具体由物质自身的性质决定）：一、状态方程的一般概念——其中ν为总质量为M的气体分子的摩尔数（