热学 第17章 气体动理论 01,Molecular Phys.(2014.09.09).doc

第3篇 热 学 (Heat)
第17章 温度和气体动理论
(Temperature Kinetic Theory of Gases)
§1 引言

：热力学系统
·由大量分子或原子组成
·系统外的物体称外界
：与热现象有关的性质和规律
热现象：物质中大量分子热运动的集体
表现。

---热力学方法
·由实验确定的基本规律，研究热现象的宏
观特性和规律。
·对系统进行整体描述。
---统计物理方法
·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。
·两种方法相辅相成。


(1)宏观量 (macroscopic quantity)
·表征系统整体性质的物理量
·可直接测量(如体积、压强)
·广延量：有累加性(如质量、能量)
强度量：无累加性(如温度、压强)
(2)微观量(microscopic quantity)
·描写单个微观粒子运动状态的物理量
·一般不能直接测量(如分子质量、能量)
·宏观量是微观量的统计平均值
(如压强和大量分子撞击器壁时动量变化率
的统计平均值有关)
(equilibrium state)
·在不受外界影响的条件下，系统宏观性质
不随时间改变的状态(热动平衡)。
·平衡态—理想概念、理想模型〔是一定条件下对实际情况的概括和抽象〕。
·假如有人说：“系统宏观性质不随时间改变的状态
叫平衡态〞，对吗？
和100°C
热源接触
和20°C
热源接触
棒上有稳定的温度分布
·思考：金属棒算
不算处于平衡态？
·没有外界影响：系统和外界间没有任何形式的能量交换〔不做功、不传热〕。

·描述系统平衡态的宏观参量
·常用：P、V、T
·平衡态下状态参量不随时间变化
·在P---V图上一个点表示一个平衡态。
(equation of state)
·状态参量之间的函数关系
f (P,V,T) = 0
PV = RT
M
m
·理想气体状态方程


P = nkT

(n—分子数密度)
k = = ´10-23 J/K
R
NA
·玻耳兹曼常数
§2温度(Temperature) (自学)

两系统热接触下，相当长时间后达到的共
同平衡态。

：处于热平衡的系统所具有的共同
的宏观性质，描述此性质的物理量称温度。
·温度是描写系统热平衡态的物理量，一切
处于同一热平衡态的系统有相同的温度。
(热力学第零定律)
·实验说明：假设A与C热平衡
B与C热平衡
那么A与B热平衡。
·即分别与第三个系统处于同一热平衡态的
两个系统必然也处于热平衡。
·由此定义温度〔处于同一热平衡态下的热
力学系统所具有的共同的宏观性质〕。
·温度取决于系统内部的热运动状态。

(temperature scales)〔自己看〕
温度的数值表示法称温标。

·> (低压3He气)
T3
T
=
PV
P3V3
对一定质量m ，
·定义水的三相点〔1954年国际规定〕
T3 º K
·T = ( )
PV
P3V3

只要测定了某状态的P、V值，即可得该
状态下的T值。
〔绝对温标、开尔文温标〕
·建立在热力学第二定律的基础上〔不依赖于测温物质和测温属性〕。国际上规定为最基本是温标。
·在理想气体温标有效范围内，两种温标一
致。
· T：K (Kelvin) 热力学温度、绝对温度
T3 =

·1960年国际计量大会规定：摄氏温标由热力学温标导出，
t = (T - ) ℃
。

· tF = [32 + (9/5)t] °F
·水 冰点：tF = 32 °F
沸点：tF = 212 °F