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1、麦克斯韦玻耳兹大学物理曼研究物质各种热现象的性质和变化规律热力学第一定律热力学热力学第二定律统计方法统计物理学宏观量是微观量的统计平均量子统计物理大学物理9.1热力学平衡态9.2热力学第零定律温度9.3压强和温度的统计意义9.4分子热运动的速度和速率统计分布规律9.5分子热运动能量统计分布规律(略)9.6涨落现象(略)9.7气体内的输运过程(9.7.2平均自由程)9.8相变(略)9.9量子统计简介(略)大学物理9.1热力学平衡态热力学系统(热力学研究的对象):大量微观粒子(分子、原子等)组成的宏观物体。以阿伏加德罗常数N=6×1023计。A外界:热力学系统以外的物体。系统分类(按系
2、统与外界交换特点):孤立系统:与外界既无能量又无物质交换封闭系统:与外界只有能量交换而无物质交换开放系统:与外界既有能量交换又有物质交换大学物理平衡态系统系统分类(按系统所处状态):非平衡态系统热动平衡态:在无外界的影响下,不论系统初始状态如何,经过足够长的时间后,系统的宏观性质不随时间改变的稳定状态。平衡条件:(1)系统与外界在宏观上无能量和物质的交换,(2)系统的宏观性质不随时间改变。非平衡态:不具备两个平衡条件之一的系统。大学物理说明:平衡态是一个理想化模型。处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因为碰撞,每个分子的速度经常在变,但是系统的宏观量不随时间改变。这称为动态平
3、衡。箱子假想分成两相同体积的部分,达到平衡时,两侧粒子还运动,但穿越两侧的粒子数相同。不同于稳定态(受外界影响)Q00100C0C大学物理对热力学系统的描述:1.宏观量——状态参量平衡态下描述宏观属性的相互独立的物理量。如压强p、体积V、温度T等。2.微观量描述系统内个别微观粒子特征的物理量。如分子的质量、直径、速度、动量、能量等。微观量与宏观量有一定的内在联系。大学物理宏观态与微观态状态参量宏观态:宏观量(P,V,T等)确定的态状态参量:一组独立的宏观量热力学过程:状态的变化状态方程:状态参量之间的联系方程f(P,V,T)=C微观态:微观量(r,v)确定的态大学物理9.2热力学
4、第零定律温度和温标一、热力学第零定律温度1.热接触和热平衡A绝热板A导热板BBA、B两体系互A、B两体系的平衡态有联系,不影响,各自相互影响,称为热接触。达到平衡态当两物体的宏观性质不随时间变化时,称两物体达到热平衡大学物理2.热力学第零定律B实验发现:A和B、B和C分别热平衡,A则A和C一定热平衡。C——热力学第零定律3.温度处于热平衡的系统具有共同的属性——温度处于热平衡的多个系统具有相同的温度大学物理大学物理4.温标温度的数值表示一般用某一测温属性(与温度有关的其它性质,如P,V,R等)来表示温度的高低。建立温标一般有三个步骤,可分为:(1)选定测温物质和属性(2)
5、规定测温属性与温度的关系(3)选择定标点o实际气体温标、理想气体温标;o华氏温标、摄氏温标;o热力学温标…..大学物理5.理想气体的状态方程理想气体:理想气体严格遵守波义耳定律T=const.则PV=C理想气体温标:T=T(PV)令T=T(PV)=kPV令水的三相点温度为:Ttr=273.16K此时:,PVtrtrTPV另一状态:T,P,VTPVtrtrtrT,P,VtrtrtrPVPVTT273.16trPVPVtrtrtrtr大学物理PVC:T273.16()K定容气体温度计PtrVPC:T273.16()K定压气体温度计Vtr绝对温标T=T绝对理想摄
6、氏温标0t(C)=T(K)-273.15大学物理理想气体状态方程TPVPV00•1mol理想气体:PVTTPVT0000•阿伏加德罗定律:在标准状态下,5P1.01310(Pa),T273.15()k003V22.4110(3m)0molPV普适气体恒量R008.31(/JmolK)T0PV=RTmPVRTM:摩尔质量M大学物理mPVRTMkR1.381023(J)玻耳兹曼常数NkA23-1N=6.022´10mol阿伏加德罗常数APV=nNAkT=NkTNPkTnkTV大学物理9.3气体压强和温度的统计意义一、气体分子热运动的特征分子之间
7、有一定的间隙,有一定的作用力;分子热运动的平均速度约v=500m/s;分子的平均碰撞次数约z=1010次/秒。1.分子有大小d<<分子间距l大学物理2.分子之间的作用力分子力模型3.无规则热运动分子的运动是无规的,杂乱无章的大学物理二、理想气体分子运动模型•分子当作质点,不占体积;(因为分子的线度<<分子间的平均距离)•分子之间除碰撞的瞬间外,无相互作用力。•弹性碰撞(动能不变)*•服从牛顿力学*分子数目太多,无法解这么多的联立方程。即使能解也无用,因为碰撞太频繁,运
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