-平衡态和状态方程.ppt

§1.1 平衡态 状态参量 我们若把位置、时间、质量及这三者的组合（如速度、动量、角速度、角动量等）中的某几个独立参数称为物体的力学坐标. 利用力学坐标可描述物体任一时刻的整体的运动状态。经典力学的目的就在于找出与牛顿定律相一致的、存在于各力学坐标之间的一般关系。 热力学的目的就是要求出与热力学各个基本定律相一致的、存在于各热力学参量间的一般关系?. 热物理学中一般不考虑系统作为一个整体的宏观的机械运动. 若系统在作整体运动，则常把坐标系建立在运动的物体上。 例如，对于在作旋转运动的系统，其坐标系取在旋转轴上。 二、平衡态与非平衡态 系统的状态由系统的热力学参量（压强、温度等）来描述。 一般它隐含着这样的假定——系统的各个部分的压强与温度都是处处相等的 隔板刚抽走的瞬间系统处于非平衡态 ，但是经过并不很长的时间，容器中的气体压强趋于均匀，且不随时间变化，它已处于平衡态。 对平衡态的定义：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，这种状态称为平衡态。 应注意，这里一定要加上“不受外界条件影响” 。 放在两个热源之间的金属棒 1、系统处于平衡态时应不存在热流与粒子流。 热流由系统内部温度不均匀而产生，故可把温度处处相等看作是热学平衡（thermal equilibrium）建立的标准。 热学平衡条件：即系统内部的温度处处相等。 粒子流有两种： (1) 一种是宏观上能察觉到成群粒子定向移动的粒子流。 2、只有在外界条件不变的情况下同时满足力学、热学、化学平衡条件的系统，才不会存在热流与粒子流，才能处于平衡态。 3、处于平衡态的系统，可以用不含时间的宏观坐标（即热力学参量）来描述。 只有处于平衡态的物理上均匀的系统，才可能在以热力学参量为坐标轴的状态图（p?V 图、p?T图）上以一个确定的点表示它的状态。 处于非平衡态的系统无法用处处均匀的温度T、压强P及化学组成来描述整个系统。 热力学呈现平衡态的条件 计温学的发展 （一）温度计的设计与制造 1603年，伽利略制成最早的验温计：一只颈部极细的玻璃长颈瓶，倒置于盛水容器中，瓶中装有一半带颜色的水。随温度变化，瓶中空气膨胀或收缩。 伽利略验温计 （二）测温物质的选择和标准点的确定 1) 热电偶温度计 　　热电偶的原理基于热电效应, 如下页图所示。图中，将两种不同导体A、B两端连接在一起组成闭合回路，并使两端处于不同的温度环境，在回路中会产生热电动势而形成电流, 这一现象称为热电效应。这样的两种不同导体的组合称为热电偶，相应的电动势和电流称为热电动势和热电流，导体A、B称为热电极， 置于被测温度（T）的一端称为工作端(热端)，另一端（T0）称为参考端(冷端)。实验证明， 热电动势与热电偶两端的温度差成比例, 即 EAB(T,T0) = K(T?T0) 式中，K与导体的电子浓度有关。 热电偶测温范围宽、 测量精度高、性能稳定、结构简单、 动态响应较好、直接输出电信号、 信号可以远传，是工业中常用的测温元件。 2) 电阻式温度计 电阻式温度传感器分为金属热电阻和半导体热敏电阻。纯金属具有正的温度系数， 可以作为测温元件。作为测温用的热电阻应具有下列要求： 电阻温度系数大，以获得较高的灵敏度； 电阻率高， 元件尺寸可以小； 电阻值随温度变化尽量是线性关系； 在测温范围内， 物理、化学性能稳定； 材料质纯、 加工方便和价格便宜等。 铂、铜、铁和镍是常用的热电阻材料， 其中铂和铜最常用。 3）光电温度计 光电高温计 　　光电高温计是以光学高温计为基础， 能自动连续测温的仪表。它可以自动平衡亮度。光电高温计采用了硅光电池代替人的眼睛感受辐射源的亮度变化，排除了人为因素。为了减少硅光电池性能参数的变化及电源电压波动对测量结果的影响，光电高温计采用负反馈原理进行工作。 §1.3 状态方程 二、纯物质的p?V图 纯物质的p?T图 纯物质的p?T 相图 思考： 例题1-6 已知某种气体的体膨胀系数和等温压缩系数分别为 第一章作业 1.4、1.5、1.6、1.15、1.22、1.24 例如将金属拉伸，金属丝的温度会升高，这时虽然金属丝的压强、体积均未变，但其长度L及内部应力F都增加，说明金属丝的温度T是F、L的函数。 f (F,L,T)= 0 该式称为拉伸金属丝的物态方程。 还可存在其他各种物态方程。物态方程中都显含温度 T。 物态方程常是一些由理论和实验相结合的方法定出的半经验公式。 T1 T2 Tc T3 汽液两相区 气相区 液 相 区 汽相区 ◆ 当T