热力学平衡的基本概念

太原理工大学物理系李孟春编写,由大量分子或原子组成的宏观物体，,称为热力学系统。,热力学系统外的物体称,外界。,第二篇 热学,对象的特征：,大量无规运动的粒子组成。,一、热学研究对象及内容,1.对象,热现象：,物质中大量分子热运动的集体表现。,热学研究与热现象有关的,性质,和,规律,。,2.内容,二、热学的研究方法,以实验事实为基础，从能量的观点研究热现象的宏观特性和规律。,从物质的微观结构出发，用,统计平均,的方法，研究热现象及规律的微观本质。,3.宏观方法和微观方法的关系,相辅相成、互相补充。,1.宏观描述方法-热力学方法,2.微观描述方法-统计物理方法,一 气体状态参量,4-1 热力学平衡的基本概念,表示系统有关特性的物理量叫,状态参量,.,描述气体系统的状态参量有:体积,V,压强,P,温度,T,.,1.体积,V,气体分子无规则热运动能达到的空间称为气体的体积.,容器中的气体的体积就是容积.,在SI中,单位是立方米.,2.压强P,大量气体分子与器壁碰撞,器壁单位面积所受的正压力.,3.温度,表征气体热运动剧烈程度的物理量.,在SI中,单位:帕斯卡(pa),1pa=1Nm,-2,1 atm=1.013,10,5,pa=760mmHg,温度的数值表示叫温标.,摄氏温标与华氏温标的关系,摄氏温标与热力学温标的关系,二 平衡态,热力学,状态,平衡态,非平衡态,只有在系统处于平衡态的条件下，,状态参量才有确定的数值和意义。,在,没有外界影响,的情况下，,系统各部分的,宏观性质,可以,自发地发生变化,的状态。,在,没有外界影响,的情况下，,系统各部分的,宏观性质,长时期,不发生变化,的状态。,1 引入平衡态概念的必要性,2 平衡条件,一定质量的气体，如果满足与外界无,能量交换,，,内部无,化学反应,、,依靠分子,热运动,可以使气体内各部分达到：,密度,均匀、,温度,T,均匀、,压强,P,均匀,核反应的条件，,平衡态是理想化模型，我们研究平衡态的热学规律.,此时,气体的状态参量不再随时间变化,这样的状态就是平衡态.,平衡态时宏观量不随时间改变，如压强,P,恒定,但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样,称为,涨落现象,，分子数越多，涨落就越小。,箱子两侧粒子数不可能严格相同，这里的偏差也就是涨落.,处在平衡态的大量分子永远进行热运动，由于碰撞，每个分子的速度不断改变，但系统的宏观量不随时间改变,动态平衡.,箱子假想分成两相同体积的部分,达到平衡时,两侧粒子有的穿越界线,但两侧粒子数相同.,三 动态平衡与涨落,1 热平衡:,两物体通过热接触，经很长时间后达到的,宏观性质,不再变化的状态称为,热平衡态,。,四 热力学第零定律,热力学第零定律为,温度概,念的建立提供了实验基础,互为热平衡的物体之间必存在一个相同的宏观特征，即相同的温度.,五 状态方程,状态参量在,平衡态,下有确定的数值和意义，那么,不同状态参量,之间有什么,关系,？,以理想气体为例，状态参量有,p、V、T,，由实验测得，,P、V、T,三者有关系：,一般地，一个热力学系统达到平衡态时，其,状态参量,之间满足的函数关系称为该热力学系统的,状态方程.,1 状态方程的概念,气体的状态方程,玻意耳-马略特定律,PV,=constant,盖吕萨克定律,V/T,=constant,查理定律,P/T,=,constant,T,不变,P,不变,V,不变,2 理想气体的状态方程,理想气体的实验定律,温度较高、压强较小、密度较小的气体,理想气体,一定量的理想气体，在,平衡状态,下，状态参量P、V、T的关系可以由三条实验定律导出,1mol的理想气体在标准状态下，所占的体积为22.4升.,质量为,M,的气体，在,标准状态,下的状态参量,普适气体恒量,另一种常用形式,系统内有,N,个分子,每个分子质量,m,常用形式,气体质量,气体的,摩尔质量,由理想气体状态方程,分子数密度,玻耳兹曼常数,理想气体状态方程的两种形式,