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第七讲热力学的理论体系与问题讨论
大学物理专题讲座
主讲人冯杰
8/10/2018
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第七讲热力学的理论体系与问题讨论一、热学的理论体系
一、热学的理论体系
1、基本的理论体系
第一章 分子动理学理论导论
第二章 分子动理学理论的平衡态理论
第三章 输运现象与分子动理论
的非平衡态理论
第四章 热力学第一定律
第五章 热力学第二定律与熵
第六章物态与相变
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3、理论体系的结构
⑴分子动理论——平衡态
⑵分子动理论——非平衡态:输运过程
⑶热力学第零定律与温度
⑷热力学第一定律与能量守恒
⑸热力学第二定律与能量转换熵
⑹热力学第三定律与绝对零度
⑺相变与液态与固态
2、基本的概念
和原理体系
⑴宏观描述方法——热力学
⑵微观描述方法——统计物理学
⑶热力学系统的平衡态
⑷各种温标
⑸物态方程——热力学参量
⑹物质的微观结构——分子动理论
⑺理想气体——温度的微观意义
⑻范德瓦耳斯气体——分子势能
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二、热力学系统
(一)热学物质形态的基本概念
1、热学系统
2、外界
3、间壁
4、透热壁
大量微观粒子组成的有限宏观物质
与热力学系统相互作用的环境
包围热力学系统的一层外界物质
能使热力学系统与外界进行热传递作用的间壁
5、绝热壁

(理想模型)
不能使热力学系统与外界进行热传递作用的间壁
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6、孤立系统

(理想模型)
7、封闭系统

(理想模型)
忽略与外界任何相互作用的系统
与外界只有能量交,忽略物质交换系统
8、开放系统
9、热力学物态
与外界既能量交换又有物质交换系统
⑴理想气体;
⑵范德瓦尔斯气体;
⑶实际气体;
⑷固体(晶体);
⑸非晶体;⑹液体;
⑺等值过程……
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(二)热运动的定义
1、第一种定义
热运动是微观粒子永不停息的无规则
运动——是微观粒子的一种运动形式
2、第二种定义
物质内部大量微观粒子无规则运动的
整体表现为宏观物质的热运动——是宏
观物质的一种运动形式
3、第二种定义
的优点
⑴热学的研究对象——(大量微观粒子
构成的)宏观物质;
⑵适合学生的认知特点——宏观物质
——微观粒子;
⑶微观粒子的运动不仅仅只有无规则运
动,还有更复杂更高级的运动形式
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(三)热力学的基本原理及概念
1、热学第零定律
2、热学第一定律
3、热学第二定律
4、热学第三定律
热平衡→温度
能量守恒→能量转化量的关系→温度
能量转化的方向问题→
能量转化质的关系→熵
低温世界→绝对零度问题→温度
1、等几率原理
2、统计学原理
随机事件、必然事件、概率、
平衡态、系综…
随机变量、涨落现象…
(四)统计物理学的基本原理及概念
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三、能量、热传递和功的定义
1、能量的定义
⑴定性定义:能量是各种形式运动强弱的普遍量度,
是系统状态的单值函数。能量不能创
生也不能消灭,在各种运动形式之间
能量可以转化。
①“定义”反映了能量的本质
——反映系统运动的强弱
②“定义”与“热力学第一定律”一致
③“定义”不违反“热力学第二定律”
——但是没有能够说明热力学第
二定律关于“热能(内能)与其
他形式能量转化的不平等”
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⑵定量定义
①人为规定单位——焦耳(J)
②人为规定定量计算式
ⅰ实物粒子能量量子化——光子
——实物粒子的波粒二象性
ⅱ媒介粒子
ⅲ对有限的体系(如宏观实物的固、液、气三态)
←静止质量为零
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ⅳ对场
●局域场——原则上
一般情况下通过场量进行计算,比如
●广延场——原则上
↑↑
能流密度S 动量密度g
←但场的质量
难以确定
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