南开大学：《大学物理学基础》课程教学资源（PPT课件）第七章 热学基础

第七章热学基础

1 第 七 章 热 学 基 础

$7.1热学的研究对象和研究方法$7.2热力学系统及其状态描述2.1系统与外界热力学平衡态2.2状态参量2.3平衡态的描述和态函数摩尔、摩尔质量2.4热平衡2.5经验温标理论温标热力学第0定律2.6国际温标温度和温标2.7$7.3一个简单的热力学系统：理想气体作业：P194 7-6,7-7,7-8;P195 7-9

2 §7.1 热学的研究对象和研究方法 §7.2 热力学系统及其状态描述 2.1 系统与外界 2.2 热力学平衡态 2.3 状态参量——平衡态的描述和态函数 2.4 摩尔、摩尔质量 2.5 热平衡 2.6 热力学第0定律 经验温标 理论温标 2.7 温度和温标 国际温标 作业：P194 7-6, 7-7, 7-8; P195 7-9 §7.3 一个简单的热力学系统： 理想气体

S7.1热学的研究对象和研究方法物体热运动的性质和规律的学科热学是研究1.宏观物体：由大量微观粒子组成中有固、液、气体，等离子体，辐射场，生命体等。2.热运动：指宏观物体内大量微观粒子无规则的运动3.研究热运动的方法热力学宏观：实验的方法微观：分子物理统计的方法统计物理《热学》在大学物理部分将介绍作为热力学物理基础的几个基本定律，统计物理学的基本概念以及气体分子运动论的基本内容

3 3. 研究热运动的方法： 热学是研究 物体 热运动 的性质和规律的学科 宏观：实验的方法 热力学 微观：统计的方法 分子物理 ( 统计物理） 有固、液、气体，等离子体，辐射场，生命体等。 1. 宏观物体：由大量微观粒子组成。 2. 热运动：指宏观物体内大量微观粒子无规则的运动。 在大学物理《热学》部分将介绍作为热力学物理基 础的几个基本定律，统计物理学的基本概念以及气 体分子运动论的基本内容。 §7.1 热学的研究对象和研究方法

$7.2热力学系统及其状态描述系统与外界2.11.热力学系统（简称系统外界在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体2.系统的外界（简称外界）热力学系统能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。热接触、作功、质量交换

4 2.1 系统与外界 2. 系统的外界（简称外界） 能够与所研究的热力学系统发 生相互作用的其它物体。热接 触、作功、质量交换。 1. 热力学系统（简称系统） 在给定范围内，由大量微观粒 子所组成的宏观客体。 §7.2 热力学系统及其状态描述 热力学系统 外 界

孤立系统一它与外界无任何相互作用既无能量，又无物质的交换封闭系统一它与外界仅有热接触和机械“接触”闭系即有能量交换，而没有物质交换开放系统一它与外界有热接触、机械“接触”开系和质量交换即有能量交换，也有物质交换绝热系统是闭系的一个特例“接触”它与外界无热接触，只有机械

5 孤立系统—它与外界无任何相互作用， 既无能量，又无物质的交换 封闭系统—它与外界仅有热接触和机械“接触”， 闭 系 即有能量交换，而没有物质交换 开放系统—它与外界有热接触、机械“接触” 开 系 和质量交换 即有能量交换，也有物质交换 绝热系统是闭系的一个特例— 它与外界无热接触，只有机械“接触

2.2热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质（如温度、压力、体积、摩尔、密度热容等）不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况注意实例：理想气体绝热自由膨胀与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但由于有外界的影响，故在系统内部存在能量流或粒子流稳恒态是非平衡态。对平衡态的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化同时考虑，缺一不可

6 2.2 热力学平衡态 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的 宏观性质（如温度、压力、体积、摩尔、密度、 热容等）不再随时间变化，我们就说这个系统 处于热力学平衡态。 平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。 实例：理想气体绝热自由膨胀。 与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但 由于有外界的影响，故在系统内部存在能量 流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态 的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化” 同时考虑，缺一不可。 注意

稳恒态实例金属杆100℃热动平衡：平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不停的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡

7 稳恒态实例： 100 o c 0 o c 金属杆 热动平衡: 平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不停 的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不 随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平 衡，称之为热动平衡

状态参量一平衡态的描述2.3确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量常用的状态参量有四类：几何参量（如：气体体积）力学参量（如：气体压力或称压强化学参量（如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数等）电磁参量（如：电场和磁场强度电极化和磁化强度等）态函数一宏观物理量表示成状态参量的函数简称为态函数

8 2.3 状态参量——平衡态的描述 确定平衡态的宏观性质的量称为状态参量。 常用的状态参量有四类： 几何参量（如：气体体积） 力学参量（如：气体压力或称压强） 化学参量（如：混合气体各化学组 分的质量和摩尔数等） 电磁参量（如：电场和磁场强度， 电极化和磁化强度等） 态函数⎯宏观物理量表示成状态参量的函数， 简称为态函数

2.4摩尔、摩尔质量一摩尔是一个系统所含物质的量，即该系统所包含的基本单元数等于0.012干克碳-12的原子数N.-阿伏伽德罗数。基本单元可以是原子分子、离子、电子或其它粒子。因此要指明是何种基本单元。N, = 6.022×1023 / mol一摩尔分子质量U（简称摩尔质量μ=N.mm是一个分子的质量

9 N mol A 6.022 1 0 / 2 3 =   = NA m m 是一个分子的质量。 一摩尔分子质量  （简称摩尔质量） 一摩尔是一个系统所含物质的量，即该系统所 包含的基本单元数等于0.012 千克碳-12 的原子 数 NA - 阿伏伽德罗数。基本单元可以是原子、 分子、离子、电子或其它粒子。因此要指明是何 种基本单元。 2.4 摩尔、摩尔质量

原子质量单位：一个碳12原子质量的12分之一12 ×10~ kg = 1.660 ×10-27 kkgN:12分子量或原子量的定义m=uu所以摩尔（分子或原子）质量μu=m·NA=uuNμ = μouN = μ×10-3kg10

10 kg N kg u A 2 7 3 1.660 10 12 12 10 − − =    = 原子质量单位：一个碳12原子质量的12分之一 分子量或原子量的定义： m =  0 u 所以摩尔（分子或原子）质量：  m N A =  0 u N A =  u N A k g 3 0 0 1 0 −   =  =  