文档介绍：第 7 章
统计物理初步
(6)
热学
(Thermodynamics)
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大学物理学包含了力学、热学、电学、光学
和现代物理五个部分。其中,力学、光学在上
期已经讲授,本期首先讲热学,然后讲电磁学
和现代物理。
热学研究的对象:大量分子的热运动。目的
在于解释热现象的规律和应用规律于实践。分为
两部分:热力学和统计物理初步。第7章研究统计物理初步(分子动理论),第8章研究热力学。
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分子动理论从分子微观结构和分子运动出发,
应用力学规律和统计学方法,研究物体的宏观
性质。认为物体的宏观性质由大量分子无规则
运动的平均结果。
热力学从观察和实验出发,不涉及物质的微观
结构。由观察和实验得出的热力学第一、第二定
律,研究物体的宏观性质及热力学过程所进行的
方向。
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压强公式
温度公式
能均分定理
麦氏速度分布律
麦氏速率分布律
平均
速率
最概然
速率
方均根
速率
本章体系:
平衡态
理想气体
状态方程
理想气体
分子模型
统计假设
加力学
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§7-1 热力学系统平衡态
在热力学中,我们研究的宏观物体通常表现为固态、
液态和气态。无论表现为那种物态,宏观物体都是由
大量分子和原子组成的系统。我们把大量分子和原子
组成的系统称为热力学系统。处于系统之外的物体成
为外界。
与外界完全隔绝的系统称之为孤立系统。系统和外界
既无能量交换,也无质量交换。例如一个绝对密封的
暖水壶。外界的热传不进去,里面的热也传不出来,
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与外界无能量交换;壶盖盖紧,暖水的质量也不减少。
此时将暖水瓶中的水看作孤立系统。
与外界没有质量交换和但有能量交换的系统,称为封闭系
统。一个装有水的铝壶(盖紧后),用火加热。将水和壶
看成一个系统,水的质量不变,但可以从外界吸热,这是
将水和壶看作一个封闭系统。
与外界既有质量交换又有能量交换的系统,称为开放系统。
一个没有盖子的装水铝壶,水被加热至沸腾继续加热。则
是水和壶这个系统既与外界有能量交换,又有质量的变化。
水和壶这个系统成为开放系统。
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严格遵守四条定律(玻意耳定律、盖-吕萨克定律(P)、查理定律(V)和阿伏伽德罗定律)的气体,称为理想气体。
举例:将水装在开口的容器中,水将不断蒸发。但如果把容器封闭,经过一段时间后,
蒸发将停止。水和蒸汽达到饱和
状态。如果没有外界影响,容器
中的水蒸气的温度、压强、体积、
质量和密度都不随时间变化。
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我们将水和水蒸气这种状态称之为平衡态。所谓平衡
态,即在不受外界影响下,系统的宏观性质不随时间变
化的状态。
我们看一看下面一个例子。我们给敞开的容器加热,
在水沸腾后,沸水的温度也不变。这是沸水所处的状态
是否为平衡态?
不是。原因:1 外界在加热 2 水的质量在不断减少。
所以:
A 要将平衡态与系统受恒定外界影响所达到的定态区
别开来。
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B 系统的宏观性质(P、V、T)不随时间而变化。
在微观上,组成系统的分子仍在不停地运动和变化,只不过大量分子运动的平均效果没有变化。可见平衡态势系统内的大量分子的热动平衡。
C 平衡态的概念是一个理想的概念。
实际中并不存在绝对孤立系统,也没有宏观性质绝对
不变的系统。
四. 状态参量
描述平衡态下系统宏观属性的一组独立宏观量状态参量。
气体处于平衡态的标志是状态参量P、V、T处处相同且不随时间变化。
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(7-1)
单位:SI
压强 p : Pa帕斯卡(帕斯卡)。
1atm=76cmHg=×105Pa
(atmosphere)
体积V:m3 ; 1l = 10-3 m3
温度T:K (T =273+t C)
M: 气体质量(kg); Mmol : 摩尔质量(kg)。
普适气体恒量: R = (--1)
§7-1 理想气体的状态方程
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