第一章温度2课件

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.1,热力学系统的状态参量、平衡态,一、热力学系统,热力学系统（简称系统）,：,被确定为研究对象的物体或物体系，或热学所研究的对象。,孤立系统：,与外界既不交换物质又不交换能量的系统,外界：,系统边界外部,封闭系统：,与外界不交换物质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,热力学与力学的区别,热力学参量：压强、体积、温度等,热力学的目的：基于热力学的基本定律,力学的目的：基于牛顿定律（力学参量）,1.1 热力学系统的状态参量、平衡态一、热力学系统热,1,二、平衡态与非平衡态,1,、平衡态,真空,孤立系统,在,不受外界条件影响下，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,状态，这种状态叫做平衡态。,平衡态的特点,1,）单一性（,p,，,T,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）,.,二、平衡态与非平衡态1、平衡态真空孤立系统 在不受外界,2,2,、非平衡态,在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。,2、非平衡态 在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部,3,三、热力学平衡,热力学呈现平衡态的条件,无热流：,热学平衡条件，系统内部温度处处相等。,无粒子流,：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系,统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反,映为,压强处处相等。,化学平衡,：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化,学组成,应是处处相等。,平衡态可以用,P,、,V,、,T,图,来表示。只要上述三个条件一个得不到满足，就是非平衡态，不能用,P,、,V,、,T,图来表示。,*,三、热力学平衡热力学呈现平衡态的条件无热流：热学平衡条件,4,1.2,温度与温度计,一、温度,日常生活中，常用,温度,来表示冷热的程度,在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱程度的度量,1.2 温度与温度计一、温度日常生活中，常用温度来表,5,1.2,温度与温度计,二、热力学第零定律,1,、,绝热壁与导热壁,2,、,热力学第零定律,A,C,B,A,C,B,A,C,B,绝热壁,在不受外界影响的情况下，只要,A,和,B,同时与,C,处于热平衡，即使,A,和,B,没有接触，它们仍然处于热平衡状态，这种规律被称为,热力学第零定律。,1.2 温度与温度计二、热力学第零定律1、绝热壁与导,6,3,、,热力学第零定律的物理意义,互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它们的温度是相同的。,第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是否相同的方法。,温度计,3、热力学第零定律的物理意义互为热平衡的物体之间必存在一个相,7,三、温标,（一）温标的定义及建立,1,、温标：温度的数值表示法（温度的量化）,2,、温标的建立,水银摄氏温度计,液态水银的,体积变化,来反映,温度变化,标准状态下：冰水混合物温度为,0,度,沸水温度为,100,度,体积的变化与温度成,线性关系,推广,选定测温属性,选定固定点,(,参考点,),规定变化关系（线性关系）,建立温标的三要素,三、温标（一）温标的定义及建立水银摄氏温度计液态水银的体积变,8,三、温标,温度计,测温属性,定容气体温度计,气体压强,定压气体温度,气体体积,铂电阻温度计,电阻,热电偶温度计,热电动势,液体温度,液柱长度,薄膜温度计,变色等,讨论：？摄氏温标的同一性,常用摄氏温度计,0,20,40,60,80,100,120,t/,t/,氢定容温度计,水银温度计,铂电阻温度计,二氧化碳定压,总结：,1,、各种摄氏温标除了所选固定点，都不存在同一性；,2,、规定了一种测温属性与温度是线性关系，则其他属性就不一定是严格线性关系；,3,、各种摄氏温标需要标准温标校准,理想气体温标；,三、温标温度计测温属性定容气体温度计气体压强定压气体温度气体,9,三、温标,(,二,),理想气体温标,1,、气体温度计：,定容气体温度计：,V,一定；,T(p),定压气体温度计：,p,一定；,T(V),三、温标(二)理想气体温标,10,三、温标,(,二,),理想气体温标,2,、定容气体温标,建立：,测温属性,一定质量气体在定容下的压强,固定点 水的三相点,273.16K,线性关系,确定系数,a:,三、温标(二)理想气体温标确定系数a:,11,2 温 标,(,三,),理想气体温标,2,、定容气体温标,讨论,:,?,同一性,以测温泡内的气体作为研究对象,气体质量与同一性,?,气体种类与同一性,?,结论,:,同一气体,p,tr,T;p,tr,0,T0,不同气体,p,tr,0,T0,当,p,tr,0,时,定容气体温标与气体种类及质量无关,空气,N,2,O,2,H,2,200,400,600,800,1000,0,p,tr/mmHg,0.2,T/K,0.4,-0.2,0,2 温 标(三)理想气体温标以测温泡内的气体作为研究对,12,三、温标,(,二,),理想气体温标,3,、定压气体温标,建立,讨论,:?,同一性,Ne,N,2,H,2,结论,:,同一气体,p,T;p0,T0,不同气体,p0,T0,当,p0,时,定压气体温标与气体种类及质量无关,200,400,600,800,1000,p,/mmHg,T/K,0,-0.1,0,三、温标(二)理想气体温标NeN2H2结论:当p0时,13,三、温标,(,二,),理想气体温标,4,、定压与定容气体温标,讨论,:?,同一性,Ne(p),N,2,(p),H,2,(p),结论,:,当,p0,时,定容和定压气体温标与气体种类及质量无关,趋于同一个极限值,.,200,400,600,800,1000,p,p,tr/mmHg,T/K,0,-0.1,0,Ne(V),H,2,(V),N,2,(V),三、温标(二)理想气体温标Ne(p)N2(p)H2(p)结,14,三、温标,(,二,),理想气体温标,结论,:,1、理想气体温标与气体种类(即气体个性)无关,但依赖于气体的共性.,2、对于极低温度（气体液化）和极高温度（1000）不适用,Or,Or,Or,三、温标(二)理想气体温标结论:1、理想气体温标与气体,15,三、温标,(,三,),热力学温标,热力学温标（开尔文温标）,是一种,不依赖于,测温,物质,和测温,属性,的温标,热力学温度，符号：,T,；单位：开（尔文），,K,；,定义：,1,开等于水的三相点热力学温度的,1/273.16,。,结论,:,1,、热力学温标是最基本的温标；是一种理想温标；,2,、理想气体温标在其适应的范围，与热力学温标一致，为可实现的温标。,三、温标(三)热力学温标结论:1、热力学温标是最基本的,16,三、温标,(四)摄氏温标和华氏温标,摄氏温标：,符号，t；单位：摄氏度（,）；定义：,华氏温标:,符号，t,F,；单位：华氏度（）；定义:,三、温标(四)摄氏温标和华氏温标,17,实用温度计简介,膨胀测温法：玻璃液体温度计、双金属温度计,压力测温法：压力表式温度计、蒸汽压温度计,电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、半导,体温度计、频率温度计,辐射测温法：光学高温计、比色高温计、辐射高温计,声学测温法：声学温度计、噪声温度计,实用温度计简介膨胀测温法：玻璃液体温度计、双金属温度计压力测,18,课堂练习,题,:,道尔顿提出一种温标：规定在给定的压强下理想气体体积的相对增量正比于温度的增量，采用在标准大气压时水的冰点温度为,0,摄氏度，沸点温度为,100,摄氏度。试用摄氏温度,t,来表示道尔顿温标的温度,。,解:,设理想气体的压强一定时,温度的增量为da,相应的体积的相对增量为 V/V,比例系数为,则按规定有:,完成上式得积分,参考点,则任意温度下,:,理想气体摄氏温标,:,综上,&,参考点选择,:,课堂练习题:道尔顿提出一种温标：规定在给定的压强下理想气,19,20,1.3,物态方程,一、物态方程,平衡态,把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该物质的,物态方程或称状态方程。,二、玻意耳定律,20 1.3 物态方程一、物态方程平衡态,20,二、理想气体物态方程,在气体压强趋近于零的极限情况下，可以引入理想气体温标的定义，并且这时玻意耳定律和阿伏伽德罗定律都严格成立，据此，就能导出理想气体物态方程。,对于定压气体温度计有,V,(,T,)=,V,tr,T,(,V,),/,273.16K.,用此温度计内气体的压强,(,即,p,tr,),乘上式两端可得,p,tr,V,(,T,)=,p,tr,V,tr,T,(,V,),/,273.16K =,p,tr,(,v,tr,),T,(,V,),/,273.16K =,(,p,tr,v,tr,/,273.16K),T,(,V,),.,二、理想气体物态方程 在气体压强趋近于零的极限情况下，可以引,21,三、理想气体物态方程,在等温条件下随意将此温度计内气体的压强和体积分别改变为任意值,p,和,V,，则由玻意耳定律可知,pV=p,tr,V,(,T,)=,(,p,tr,v,tr,/,273.16K),T,(,V,),.,在气体压强趋近于零的极限情况下，按照理想气体温标的定义，,T,(,V,),将趋近于理想气体温度,(,即热力学温度,),T,，同时根据阿伏伽德罗定律可知,(,p,tr,v,tr,/,273.16K),也将是与气体性质无关的常量。,三、理想气体物态方程在等温条件下随意将此温度计内气体的压强和,22,二、理想气体物态方程,若令,(,p,tr,v,tr,/,273.16K)=,R,，在气体压强趋近于零的极限情况下就得到,:,pV=,RT,这样，根据玻意耳定律和阿伏伽德罗定律，再利用理想气体温标的定义，就导出了理想气体物态方程。,二、理想气体物态方程若令(ptrvtr/273.16K)=,23,理想气体的宏观定义,通常把严格遵守理想气体物态方程的气体称为理想气体。因而也可以说，凡严格服从玻意耳定律和阿伏伽德罗定律的气体是理想气体。,实际上，理想气体也严格服从焦耳定律,气体的内能只是温度的函数。因此有人认为：只有严格服从玻意耳定律、阿伏伽德罗定律和焦耳定律的气体才是理想气体。,理想气体的宏观定义 通常把严格遵守理想气体物态方程的气体称为,24,理想气体的宏观定义,但是以后在理论上又可以证明：凡严格遵守理想气体物态方程的气体必定也严格服从焦耳定律。,因而，最终又可以说：凡严格遵守理想气体物态方程的气体就是理想气体。,当然也可以说：凡严格服从,玻意耳定律,和,阿伏伽德罗定律的气体,就是,理想气体,。,理想气体的宏观定义但是以后在理论上又可以证明：凡严格遵守理想,25,一口气里的分子数,理想气体物态方程为,pV=,RT,由此可得,p=,RT/V =,(,N/N,A,),RT/V =,(,N/V,)(,R/N,A,),T =nkT.,一口气里的分子数 理想气体物态方程为 pV=,26,因此，理想气体在标准状态下的分子数密度（即,洛施密特常量,）为,n,0,=,p,0,/,(,kT,0,)=1.013,10,5,/,(1.38,10,-23,273),2.69,10,25,(m,-3,).,因此，理想气体在标准状态下的分子数密度（即洛施密特常量）为,27,成年人呼吸时每呼出一口气的体积约为,V,1,=0.40L,，由此可见，一口气里包含的分子数约为,N,1,=,n,0,V,1,=2.7,10,22,0.40,1.1,10,22,(,个,).,成年人呼吸时每呼出一口气的体积约为V1=0.40L，由此可见,28,地球表面,71%,是海洋，陆地平均高度为,875 m,，并不高。因而可以近似认为整个大气层都是从海平面向上延伸的。而,大气的重量,可用标准大气压与地球表面积,S,的,积,来估算。,于是，地