热力学系统的平衡态和物态方程

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1、第一章热力学系统的平衡态和物态方程§1.1热力学系统的平衡态§1.2温度与温标§1.3物态方程§1.4物质的微观模型§1.5理想气体压强与温度的微观意义§1.6真实气体物态方程§1.1热力学系统的平衡态系统：研究的对象1.1.1热力学系统a.孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统b.封闭系统：与外界不交换物质但可交换能量的系统c.开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统系统外界外界：系统以外的部分1.1.2平衡态及状态参量1.平衡态在不受外界影响的条件下，经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的状态，这种状态

2、称为平衡态。否则是非平衡态。1）单一性;2）物态的稳定性——与时间无关；3）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）.2.稳恒态在有外界影响的情况下，系统的宏观性质长时间不发生变化的状态与平衡态比较，尽管在有热流和粒子流但是各处的宏观状态均不随时间变化。100℃0℃3.热力学平衡的条件热学平衡条件：无热流时，系统内部的温度处处相等。力学平衡条件：无外场时，系统各部分压强处处相等。化学平衡条件：无外场时，系统各部分的化学组成处处相等。同时满足力学、热学、化学平衡条件的系统，才不会存在热流和粒子流，才能处于平衡态.4.状态参量处于平衡

3、态的系统，可用不含时间的宏观坐标（热力学参量）来描述，描述系统宏观性质的可测量的物理量，叫状态参量。参量分类：几何参量：体积、面积、长度等；力学参量：压强、张力系数等；化学参量：物质的量等；电磁参量：电场强度、磁场强度等。以状态参量（如p,V,）为坐标轴，一个平衡态可以在p-V图上用一个点表示。从P-V图上一点确定一个状态的（p,V,T）值5.状态图(p,V,T)OVp(p,V,T)(p’,V’,T’)(p’,V’,T’)1、太阳中心温度108K，太阳表面温度6000K，太阳内部不断发生热核反应，所产生的热量以恒定不变的热产生率从太阳

4、表面向周围散发。试问太阳是否处于平衡态？2、作匀加速直线运动的车厢中放一匣子，匣子中的气体是否处于平衡态？从地面上看，匣子内的气体不是形成粒子流了吗？思考题§1.2温度与温标1.2.1.温度温度是表示物体冷热程度的物理量。在微观上，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱程度的度量。要建立科学定义，需随着对热运动本质的理解逐步深入。1.2.2热力学第零定律1.绝热壁和导热壁2.热力学第零定律ACBACBACB绝热壁在不受外界影响的情况下，只要系统A和系统B同时与系统C处于热平衡，即使A和B没有接触，它们仍然处于热平衡状态，这种规律被称

5、为热力学第零定律。两个物体通过间壁相互接触时，状态不改变，则此间壁为绝热壁；与此相反的称为导热壁。3.热力学第零定律的物理意义互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，这个特征定义为温度，即它们的温度是相同的。第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是否相同的方法。(证明，存在一个态函数，当两个系统处于热平衡时，该态函数相等，定义为温度。)1.2.3温标1.温标的建立温度的数值表示法叫做温标。经验温标三要素选择测温物质和测温参量（属性）选定固定点进行分度，即规定测温参量随温度的变化关系（如线性关系）2.理想气体温标玻意尔-马略

6、特定律:温度不变时，压强与体积成反比；查理定律：体积不变时压强与温度成正比；盖·吕萨克定律：压强不变时体积与温度成正比。定体情况下以气体为测温物质，利用理想气体试验定律中体积（压强）不变时压强（体积）与温度成正比关系所确定的温标称为理想气体温标。可以制成定体温度计用不同气体测量水的沸点压强越小差别越小VAMVBmT0T0T例1.1如图所示，若测得此时B的压强读数为p，求待测温度T。解：测温后测温前压力表B温泡A解得：ABC3.热力学温标不依赖于测温物质和测温属性的温标，也叫绝对温标，是由卡诺定理的效率来定义的，在理想气体可以实现的范围

7、内，理想气体温标与热力学温标是完全一致的4.三种常用的经验温标摄氏温标、华氏温标与兰氏温标t是摄氏温标TR是兰（金）氏温标5.实用温度计膨胀测温法－玻璃液体温度计玻璃共汞温度计的测量范围为-30℃~600℃。主要缺点：测温范围较小；玻璃有热滞现象2）压力测温法—压力表式温度计目前压力表的最高压强为2.5GPa。压力表通过毛细管与温泡连接，组成压力表式温度计。温泡中的工作媒质若用氮气最高可测到500℃，若用氦气最低可测到4K。3）电磁学测温法—电阻温度计利用导体或半导体的电阻随温度变化的特性。常用的有铂电阻温度计和铜电阻温度计。精密的铂

8、电阻温度计是目前最精确的温度计，测温范围14K~903K。4）辐射测温法—光学温度计、高温辐射温度计、比色高温度计利用热辐射的斯特藩—玻耳兹曼定律测温。一般用于高温测量和天体温度估算。5）声学测温法—声学温度计、噪声温度