《普通物理》课程教学资源（PPT课件）7-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律

7-1平衡态理想气体物态方程热力学第零定律热学涉及宏观与微观两个层次宏观理7-1平衡态理想气体物态方程热力学第零定律论热力学的两大基本定律：第一定律，即能量守恒定律：第二定律，即增加定律。科学家进一步追根问底，企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律，气体分子动理论应运而生。玻耳兹曼与吉布斯发展了经典统计力学。热力学与统计物理的发展，加强了物理学与化学的联系，建立了物理化学这一门交叉科学

热学涉及宏观与微观两个层次 热力学与统计物理的发展, 加强了物理学与化学 的联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 . 宏观理7-1 平衡态 理想气体物态方程 热力学第 零定律论热力学的两大基本定律:第一定律,即能量守 恒定律;第二定律, 即熵增加定律 . 玻耳兹曼与吉布斯发展了经典统计力学 . 科学家进一步追根问底,企图从分子和原子的微观 层次上来说明物理规律,气体分子动理论应运而生

研究对象热现象：与温度有关的物理性质的变化热运动：构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动。研究对象特征单个分子一无序、具有偶然性、遵循力学规律整体（大量分子）一服从统计规律。微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），如分子的㎡，等-宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量），如 p,,T

➢ 研究对象 热运动 :构成宏观物体的大量微观粒子的永不休 止的无规运动 . 热现象 :与温度有关的物理性质的变化。 单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律. ➢ 研究对象特征 整体（大量分子）— 服从统计规律 . 宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直 接测量）, 如 p,V等 ,.T 微观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可 直接测量），如分子的 等 v .  m

统计平均微观量宏观量研究方法1.热力学宏观描述实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转换的关系和条件。2.气体动理论一微观描述研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法揭示宏观现象的本质：相辅相成热力学气体动理论

微观量 统计平均 宏观量 ➢ 研究方法 1.热力学 —— 宏观描述 实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律， 从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转 换的关系和条件 . 2.气体动理论 —— 微观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型 假设和统计方法揭示宏观现象的本质 . 热力学 相辅相成 气体动理论

一气体的状态参量（宏观量1气体压强P：作用于容器壁上单P.V.T位面积的正压力（力学描述）·1Pa = 1N ·m-2单位：标准大气压：45纬度海平面处，0℃时的大气压1atm = 1.013 ×105Pa2体积V：气体所能达到的最大空间（几何描述）：1m3 =103L = 103dm单位：温度T：气体冷热程度的量度（热学描述）。3单位：温标K（开尔文）．|T/K=273.15+t/C

一 气体的状态参量（宏观量） p,V,T 1 气体压强 ：作用于容器壁上单 位面积的正压力（力学描述）. p 单位： 2 1Pa 1N m − =  2 体积 : 气体所能达到的最大空间（几何 描述）. 3 3 3 3 1m =10 L =10 dm V 单位： 1atm 1.013 10 Pa 5 =  标准大气压： 纬度海平面处, 时的大气压.  45 0 C  3 温度 T : 气体冷热程度的量度（热学描述）. /K 273.15 / C  单位：温标 K （开尔文） T = +t

二平衡态一定量的气体，在不受外界的影响下，经过一定的时间，系统达到一个稳定的，宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态.（理想状态）真空膨胀pp,V,T. (p,V,T)自发.(p,V",T)pVT

p,V,T 真空膨胀 p O V p  ,V ,T 二 平 衡 态 一定量的气体，在不受外界的影响下, 经过 一定的时间, 系统达到一个稳定的, 宏观性质不随 时间变化的状态称为平衡态 .（理想状态） ( p,V,T) ( p  ,V ,T) 自发

平衡态的特点p-V图p*(p,V,T)上的每一点(p,V,T)表示一个平衡态VC（1）单一性（p,处处相等）;(2)牛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）

平衡态的特点 （1）单一性( 处处相等）; （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）. p,T ( p,V,T) p V * ( p,V,T) O p -V 图 上的每一点 表示一个平 衡态

三理想气体物态方程理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系。pV=NkTk = 1.38×10-23 J.K-1令V= N/Na阿伏伽德罗常量则Na = 6.02×1023 mol-1pV=vNAkT令 Nk=R则pV =vRT

三 理想气体物态方程 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数 关系 . pV = NkT 理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 . 2 3 1 1.38 10 J K − − k =   令  = N NA 则 pV =NA kT 令 NA k = R 则 pV =RT23 1 A 6.02 10 mol − N =  阿伏伽德罗常量

pV=vRTV=N/NAV= m/M对质量为m的理想气体M为气体摩尔质量m'理想气体RTpv物态方程MR = 8.31 J.mol-1.K-1摩尔气体常量分子数密度（n）：单位体积内的分子数目p=nkTn= N/V

1 1 8.31 J mol K − − 摩尔气体常量 R =   RT M m pV ' = 理想气体 物态方程 pV =RT  = N NA n = N V p = nkT 分子数密度（ n ）：单位体积内的分子数目. 对质量为 m' 的理想气体  = m' M M为气体摩尔质量

四热力学第零定律48C48°C绝热板BB如果物体A和B分别与处于确定状态的物体C处于热平衡状态，那么A和B之间也就处于热平衡

四 热力学第零定律 如果物体 A 和 B 分别与处于确定状态的物体 C 处 于热平衡状态，那么A和B之间也就处于热平衡. 绝热板 A B A B 48 C  48 C 