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大学物理（丙） 第十三讲 热力学 (thermodynamics)基础I 提纲 一些基本概念 热力学第一定律 理想气体的热力学过程 热学 •研究方法： •热力学是研究物质热运动的宏观理论，主要有 第一定律、第二定律。 •统计热力学是研究物质热运动的微观理论， 它从“宏观物质系统是由大量微观粒子组成的 ”这一基本事实出发，认为物质的宏观性质 是大量微观粒子运动的集体表现，而宏观量是 微观量的统计平均值。 气态图景 分子热运动：大量分子做永不停息的无规则运动。 一般（常温、常压下）气体分子热运动： •分子的密度: ~3×1019 个分子/cm3 ； •分子之间有一定的间隙，有一定的作用力； •分子热运动的平均速度约v ~ 500 m/s ； •分子的平均碰撞次数约 z ~ 1010次/s。 理想气体的压强公式: P 2 nε 1 2 3 t εt 2 µv 理想气体的温度公式: 3 ε kT t 2 温度反映大量分子热运动的剧烈程度！ 能量均分定理 理想气体的内能 每个分子每个自由度的平均能量为：1 kT 2 理想气体分子的平均能量 ε i kT 2 常温下理想气体的自由度 单原子分子 i 3 双原子分子 i 5 多原子分子 i 6 理想气体的内能 i i E Nε ν RT PV k 2 2 热力学四大定律 热力学第零定律 (热平衡定律：温度的定义和测量) Fowler，1931 设A 和B、B 和C 分别热平衡，则A 和C 一定热平衡。 热力学第一定律 （能量守恒定律的特例） Mayer, Joule, Helmholtz （1840s） 第一类永动机不可能的。 热力学第二定律(1850s) Carnot, Clausius, Kelvin, Boltzmann 第二类永动机不可能的。 热力学第三定律(1900s) Nernst, Planck 绝对零度达不到。 一些基本概念 热力学系统：在热力学中，一般把所研究的物 体或物体组称为热力学系统，简称系统（system ）。 孤立(isolated)系统；封闭(closed)系统；开放(open)系统。 外界或环境 例：若汽缸内气体为系统，其它为外界 热力学过程：热力学系统（大量微观粒子组成 的气体、固体、液体）状态随时间变化的过程。 准静态过程（quasi-static process） 在过程中每一时刻，系统都处于平衡态，这是一种 理想过程。 系统T1 ∆T为小量