《热学物理学》PPT课件

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1、热学周路群舒幼生北京大学物理学院2005年主要参考书：《热学》大学物理通用教程，刘玉鑫编著，北京大学出版社。其他参考书：《热物理学基础》面向21世纪课程教材，包科达编著，高等教育出版社。课程安排：第一章热力学系统的平衡态和状态方程第二章热平衡态的统计分布律第三章近平衡态中的输运过程总共14学时，期中考试，占总成绩45%，平时作业占5%。第四章热力学第一定律第五章热力学第二定律和第三定律第六章单元系的相变和复相平衡总共14学时，期末考试，占总成绩45%，平时作业占5%。由舒幼生老师主讲。热力学系统状态平衡态近平衡态非平衡态热力学第一定律（第一类永动机不能实现）热力学第二定律（第二

2、类永动机不能实现）热力学第三定律（绝对零度不可实现）宏观描述微观描述相相变基本规律热力学第零定律（温度计可以制造）Ch1.热力学系统的平衡态及状态方程§1.1物质结构的基本图像§1.2热力学系统及其状态参量§1.3平衡态的概念§1.4温度和温标（热力学第零定律）§1.5状态方程的一般讨论§1.6气体的状态方程第一章目录§1.1物质结构的基本图像物质结构的分子、原子学说2.分子处于不停顿的无规则的热运动之中3.分子间存在相互作用力---分子力第一节1.物质结构的分子、原子学说a.物质是有大量的分子或原子组成的；b.分子是物质保持其化学性质的最小单位；c.分子可以分解成原子；d.原

3、子是由带正电的原子核和带负电的电子组成的；e.原子核是由带正电的质子和电中性的中子所组成；f.质子和中子仍然是有结构的，由夸克组成2.分子处于不停顿的无规则的热运动之中布朗粒子（藤黄颗粒悬浮在水中）的运动轨迹三例。黑点表示粒子的一个位置，两个黑点的时间间隔是30秒。每个网格的分度单位约几微米。藤黄颗粒半径：水分子半径：3.分子间存在相互作用力---分子力分子之间的吸引力、排斥力和分子力随距离变化的一般形式；相应的分子间相互作用的势能曲线。林纳德-琼斯势：：平衡位置：分子的有效直径三种常用的分子间相互作用的势能函数§1.2热力学系统及其状态参量一、热力学系统和外界1.热力学研究的

4、对象称为热力学系统或体系，指的是含有大量原子、分子或其他微观粒子，体积有限的宏观物体。2.热力学系统周围、对此系统起作用的物体称为外界。二、热力学系统的分类A.与外界的关系1.孤立系统2.封闭系统3.绝热系统4.开放系统第二节B.系统的组成成分组成物质系统的化学成分称为组元。单元系、多元系。C.系统组成的均匀性(1)系统状态（物态）当大量分子、原子或其他粒子，在一定外界条件（温度和压强）下，聚集为一种稳定的结构时，称为物质的一种物态：1.物质的三态，固、液、气；固态又有晶态和非晶态之分；2.等离子态，称为物质的第四态。3.在无限的宇宙空间中，存在各种各样的形体及宇宙物质，因此也

5、就存在各种不同的物质状态。如中子态、黑洞等等。(2)相相是指被一定边界包围、具有确定而均匀的物理和化学性质的一个系统或系统的一个部分。1.气态只有一种相，气体均匀混合也只是一种相；2.液态一般也只有一种相，两种不同液体均匀混合则形成一个均匀相，不能均匀混合则有分界面形成两个相。液氦特殊，有两个相；3.固态较复杂，由于不同的晶体结构对应不同的物理性质，因此，同种化学成分的固体可以具有不同的相。如金刚石和石墨是碳原子两个不同的相。不同相之间的转变就称为相变。单相系统（均匀系统）和复相系统（非均匀系统）三、热力学系统的状态参量（宏观描述）几何：体积(三维)、面积(二维)、长度(一维)

6、。力学：压强(单位面积上所受的力)，单位，电磁：需借用电学或磁学中的基本物理量，如电极化强度、磁化强度等化学：物质的量，单位摩尔()，及阿伏伽德罗常量()热学：温度§1.3平衡态的概念定义：在没有外界影响的条件下，热力学系统的各个部分的宏观性质在长时间里不发生任何变化的状态。状态；状态参量没有外界影响；孤立系不发生任何变化；宏观性质；热动平衡、涨落长时间；驰豫时间平衡态的气体中分子碰撞的完全随机性和分子运动的完全无序性。故在这样的气体中不可能存在任何整体上有规则的定向运动。第三节§1.4温度和温标（热力学第零定律）温度：物体冷热程度的数值表示(宏观描述）；是组成物体的大量分子的

7、无规则运剧烈程度的表现和度量（微观描述）。2.温标热力学第零定律(温度计可以制造)：若A和B两个物体分别于第三个处于确定状态的物体C达到热平衡，则物体A和B彼此也处于热平衡。热平衡的概念；这是一个实验事实，是标定物体温度的基本依据。第四节温标：温度数值的标定办法经验温标；理想气体温标；热力学温标；国际实用温标经验温标：利用测温物质的属性与温度成近似线性关系①摄氏温标规定：0度、100度纪录：得到：华氏温标规定：32度()、212度()③华氏温标和摄氏温标之间的关系④经验温标的缺陷讨论：ⅰ参考