文档介绍：热学的研究方法▲热力学(thermodynamics)宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理特点:普遍性、可靠性。▲统计物理学(statistical mechanics)对微观结构提出模型、假设统计方法热现象规律特点:可揭示本质,但受模型局限。热学研究对象:热现象热运动微观本质宏观表现第一章导论复****167; 热力学系统的平衡态一、热力学系统1、热力学系统(简称系统system)在给定范围内,由大量微观粒子所组成的宏观客体。即热力学所研究的对象2、系统的外界(简称外界medium)能够与所研究的热力学系统发生相互作用的系统以外的部分。外界系统外界例如:研究气缸内气体的体积,压强等变化时,这气体就是系统,而气缸壁、活塞、发动机的其他部分以及大气等都是外界。思考:为什么在热力学中要特别强调地提出外界?研究系统的变化时,不能只考虑系统的内部,有时更要注意外界所受的影响,从这一角度考虑问题往往更易得到解决方法。说明:1)根据对系统与外界相互关系的不同,可对系统进行分类:孤立系统:与外界无相互作用的系统(无物质和能量交换)。封闭系统:与外界无物质交换但可交换能量的系统。开放系统:与外界既交换物质又交换能量的系统。2)相互作用:做功、热传递和粒子数交换。1、定义:在不受外界条件影响下,系统所达到的一种宏观性质不随时间变化的状态,这种状态称为平衡态。二、平衡态(equilibrium state):1)不受外界条件影响,指与外界无任何形式的物质与能量交换。2、说明:(不做功也不传热)真空孤立系统平衡态2)平衡态是自发过程的终点。3)平衡态是一种理想状态。自然界中平衡是相对的、特殊的、局部的、暂时的。不平衡才是绝对的、普遍的、全部的、经常的。思考:是否空间各处压强、粒子数密度等不均匀的状态就一定是非平衡态呢?不一定。例如:在重力场中的等温大气。宏观性质不随时间变化≠状态处处相等4)热力学平衡是热动平衡。例:两端分别与冰水混合物及沸水相接触的均匀金属棒。是稳定态但不是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。稳定态:外界影响下,系统的宏观性质长期不变的状态。5)区分平衡态与稳定态(steady state)。二、热力学平衡(thermodynamic equilibrium)——探讨热力学系统处于平衡态的条件。前提:热学的注意力指向系统内部,因而一般不考虑系统作为一个整体的宏观运动,认为系统处于相对静止状态。方法一:根据定义。方法二:系统处于平衡态时应不存在热流与粒子流。热流与粒子流都是由系统状态变化或受外界影响所致。方法三:在外界条件不变时,同时满足:热学平衡条件:即系统内温度处处相等。①力学平衡条件:②通常情况下(如无外场),反映为压强处处相等。第一种粒子流:宏观上能察觉到的成群粒子的定向运动。(无宏观定向运动)(无能量流动)③化学平衡条件:无外场时,系统内化学组成处处相等。第二种粒子流:不形成粒子的宏观定向运动,而是系统内有化学反应或空间各处化学组成不均匀所致。例:等温等压下的溶解和扩散现象。平衡态的描述:(浓度、物相不变)处于平衡态的热力学系统,系统的状态可以用一些确定的宏观物理量(状态参量)来描述,并能在以状态参量为坐标轴的状态图(p-V图、p-T图)上以一个确定的点表示它的状态。),,(TVppV),,(TVp*o三、状态参量(热力学参量)气体分子所能达到的空间范围. [单位:m3]气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力.[单位:Pa]1mmHg= m3=103L=106mL1、体积V(volume)1标准大气压(atm)=×105Pa=760mmHg2、压强P(pressure)3、温度T反映系统内部大量分子作无规则运动的剧烈程度.(temperature)[单位:K]摄氏温标( t ) [单位:℃]摄氏温度t = T-:力学参量、几何参量、化学参量、电磁参量。——描述系统状态的物理量TVp,,气体的状态参量:§ 物态方程(equation of states)一、物态方程(状态方程)处于平衡态的某种物质的热力学参量(如压强、体积、温度)之间所满足的函数关系称为物质的物态方程或状态方程。??0T,V,Pfii,mii?物态方程中都显含有温度T。物态方程常是由理论与实践结合而得到的半经验公式。注意:-摩尔体积miV,种物质(气液固)第ii?例如化学纯气体和简单的液体固体系统,可以有二、理想气体物态方程1、气体的实验定律玻意耳—马略特定律:????1,,???常数为常数??TCCPV盖·吕萨克定律:??常数???ptVVP),1(0?查理定律:????常数???VtPPV,10????c00式中下标“0”表示有关物理量取的值,p?v?——气体的体膨胀系数,—