热学-黄淑清-第一章课件

引言热学的研究对象及内容 物质热运动热运动的性质性质以及与热现象热现象有关的运动规律运动规律 几个概念热力学系统：把空间或物体的某一部分从周围事物中分隔出来加以研究，这部分在热学中被称为系系统。介质：热力学系统周围能够对系统产生影响的事物。根据系系统和周和周围介介质的关系的关系可以把系统分为绝热系：被绝热壁所包围，不能与周围介质发生热相互作用相互作用的热力学系统。封闭系：不能与周围介质发生物质交换物质交换的热力学系统。孤立系：既不能与周围介质发生机械的相互作用机械的相互作用，又不能与周围介质发生热和物质交换热和物质交换的热力学系统。根据构成系统的组元构成系统的组元可以把系统划分为单元系：由一种一种化学成分组成的系统。多元系：由一种以上一种以上化学成分组成的系统。根据系统性质系统性质可以把系统划分为单相系：系统的各个部分的性质完全一致性质完全一致。如：纯水、氧气、纯铁等。复相系：系统由若干个被界面隔开被界面隔开的均匀部分组成。每个均匀的部分被称为一个相。如：冰、水混合物热学研究的方法 系统确定以后，定义一些参量，用以描述系统所处状态及其随时间的变化。两种方法宏观方法：定义少数几个可以直接感受和测量的物理量：压强、体积、温度、浓度等描述系统所处的状态。研究参量之间的制约关系及所遵从的热学规律（热力学第零、一、二、三定律）。微观方法：基于物质的原子学说，假设物质的微观模型，在此模型基础上从理论上探讨物质热运动所遵从的规律。把理论结果与实验相比较，加以验证。理论中的微观量不能直接感受并加以测量。热学研究的特点 两种研究方法的出发点完全不同，但两者的联系却十分紧密。宏观方法的状态参量状态参量是系统相应微观量的统计平均值统计平均值。宏观方法宏观方法基于实验观测得到的结论具有相当的普遍性普遍性，但不够深刻；微观方法微观方法往往从特定模型出发讨论问题，得到的结论虽然深刻细致深刻细致，但一般不具有普遍意义。热学研究通常都是两种方法的结合两种方法的结合，相辅相成。热学独有的物理量：热量温度什么是热？古人2篇关于“热”的“研究论文”【关尹子】曰寒暑温凉之变，如瓦石之类，置之火则热，置之水则寒，呵之即温，吹之即凉。特因外物有来有去，而彼瓦石实无去来。古代的古代的“热质说热质说”【论衡寒温】夫近水则寒，近火则温，远则渐微，何则？气之所加，远近有差也。热传导与距离成反比热传导与距离成反比热动说热动说培根的归纳法：火焰和沸水都是“热”的，水里却无火（热和火不是一回事）。打铁、摩擦都生“热”，人和动物剧烈运动也产生“热”。因此“热”是物体运动和摩擦碰撞时被激起的，其实质就是运动实质就是运动而不是别的什么。热胀冷缩现象表明，热是发生在物体内部的运动，与物体整体的机械运动没有关系。科学认识的发展和一个人的成长过程一样都有不能绕过的科学认识的发展和一个人的成长过程一样都有不能绕过的幼稚阶段。重要的是提出新思路，开拓出新方向，为下一步幼稚阶段。重要的是提出新思路，开拓出新方向，为下一步探索打基础。探索打基础。伽利略温度计伽利略温度计 16世纪世纪(明明)从钻木取火到商周的青铜器从钻木取火到商周的青铜器 瓦特早期蒸汽机瓦特早期蒸汽机1807年年1823年年1892年年第一章 温 度一切热现象都与系统的冷热程度温度有关，给一切热现象都与系统的冷热程度温度有关，给物体的冷热程度以科学的计量是热学的一个基本课物体的冷热程度以科学的计量是热学的一个基本课题。题。11 平衡态 状态参量1，平衡态：孤立系统所有宏观性质不随时间变化的状态。在在不受外界条件影响不受外界条件影响下，经过足够长时间后系统必将达到下，经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的一个宏观上看来不随时间变化的状态状态，这种状态叫做这种状态叫做平衡态平衡态。100 100 100 ooocc c0 0 0 ooocc c金属杆金属杆金属杆金属杆2，状态参量：表征系统宏观性质或状态的量。，状态参量：表征系统宏观性质或状态的量。包括：力学、电磁、化学、几何参量，最重要的是包括：力学、电磁、化学、几何参量，最重要的是热学参量温度。热学参量温度。13 温标的建立温标的建立 温度的数值表示法叫温标。温度的数值表示法叫温标。古人对温度的表述：寒、凉、温、热、古人对温度的表述：寒、凉、温、热、炉火纯青等，描述不同的冷热程度。炉火纯青等，描述不同的冷热程度。古代的测温装置：古代的测温装置：吕氏春秋吕氏春秋察今察今 见瓶水之冰而知天下寒。见瓶水之冰而知天下寒。人凭感觉器官所感知的温度是不可靠且有局限性的，而人凭感觉器官所感知的温度是不可靠且有局限性的，而且因人而异。不能作为统一的标准。且因人而异。不能作为统一的标准。要建立科学的温标体系。热力学第零定律提供了理论依据。要建立科学的温标体系。热力学第零定律提供了理论依据。伽利略温度计伽利略温度计 16世纪世纪(明明)现在还在使用的两种经验温标现在还在使用的两种经验温标1，华氏温标（，华氏温标（G.D.Fahrenheit）以水银为测温物质，规定水的冰点为32度，沸水为212度，中间等分180份。2，摄氏温标（，摄氏温标（A.Celsius）以水银为测温物质，规定水的冰点为0度，沸水为100度，中间等分100份。两者之间的关系如下：定压气体温度计：定压气体温度计：(4)(4)阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律在相同温度和相同压强下，在相同温度和相同压强下，1 1摩尔的任何气体的体积都相等。摩尔的任何气体的体积都相等。讨论题：如图所示（左右两部分气体体积相同），若两端同时提高10，水银柱如何运动？10 H220 H2水银柱四、理想气体的四、理想气体的p pV VT T图图例题：某甲设计了例题：某甲设计了1 1个个 “自动喷泉自动喷泉”装置，装置，其中其中A A、B B、C C为为3 3个容器，个容器，D D、E E、F F为为3 3根细管根细管（其截面积远小于容器截面积），管栓（其截面积远小于容器截面积），管栓K K是是关闭的关闭的A A、B B、C C及细管及细管D D、E E中均盛有水，中均盛有水，容器水面的高度差分别如图容器水面的高度差分别如图 (1)(1)拧开拧开K K后后D D管中水柱是否上升？管中水柱是否上升？(2)(2)若若D D管上端足够长时，求拧开管上端足够长时，求拧开K K后后D D中静止水面与中静止水面与A A中水面的高度差中水面的高度差 (3)(3)论证水柱上升所需能量的来源论证水柱上升所需能量的来源