热学第1章.ppt

热学(HEAT)田蓬勃(中1—3119)第一章   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     物态与相变热学第一章   导论§1.1宏观描述方法与微观描述方法§1.1.1热学的研究对象及其特点热学研究物质热运动与热相联系的各种规律的理论热力学统计物理学一、热物理学（thermalphysics）热物理学是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种规律的科学。它与力学、电磁学及光学一起共同被称为经典物理四大柱石。宏观理论（热力学）微观理论（统计物理学）热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质观察和实验力学规律,统计平均方法二、热学研究对象的特征热学研究的是由数量很大很大的大数微观粒子所组成的系统宏观物质例:从力学可知，若方形刚性箱的光滑底上有n个弹性刚球。任一球在任一时刻的位置与速度可列出6个方程。n个球就有6n个方程。宏观物质由大量微观粒子组成，微观粒子（分子、原子等）都处于永不停息的无规热运动中.大量微观粒子的无规热运动-----决定了宏观物质的热学性质特征显然，人类不可能造出一部能计算1023个粒子的运动方程的计算机。热物理学研究对象的这一特点决定了它有宏观的与微观的两种不同的描述方法。例:1mol物质中就有6.02×1023个分子。因而有6×6×1023个方程。宏观理论微观理论热力学统计物理学宏观与微观的两种不同描述方法。§1.1.2宏观描述方法与微观描述方法一、热力学（thermodynamics）2.热力学是具有最大普遍性的一门科学---不提出任何一个特殊模型，但又可应用于任何的宏观的物质系统.热力学是热物理学的宏观理论，它从对热现象的大量的直接观察和实验测量所总结出来的普适的基本定律出发，应用数学方法，通过逻辑推理及演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。1.热力学基本定律是自然界中的普适规律，结论具有可靠性与普遍性。特征热力学的局限性：（1） 它只适用于粒子数很多的宏观系统；（2）它主要研究物质在平衡态下的性质.它不能解答系统如何从非平衡态进入平衡态的过程；（3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。(4)它只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么有这种基本关系。要解释原因，须从物质微观模型出发，利用分子动理论或统计物理方法予以解决------微观理论。二、统计物理学（Statisticalphysics）1.大数粒子作为一个整体，存在着统计相关性，遵从一定的统计规律。统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定,由此找出微观量与宏观量之间的关系。特征2.对大数粒子统计所得的平均值就是平衡态系统的宏观可测定的物理量。3.系统的粒子数越多，统计规律的正确程度也越高。统计平均值x的统计平均值为随机变量：某一物理量M在一定条件下的可能取值M1、M2、M3，···，称为随机变量.若随机变量Mi出现的概率为Pi，则其统计平均值为概率分布:{Pi}第i个事件发生的总次数与全部事件发生的总次数的比值称为第i个事件发生的概率，即定义：概率分布满足归一化条件：平均值统计规律　　微观描述方法的局限性在于它在数学上常遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型）后所得到的理论结果常与实验不能完全符合。　　　热物理学涉及的内容很多，本课程主要讨论以下三部分内容：（1）热力学基础；（2）统计物理学的初步知识（以分子动理论的内容为主）；（3）液体、固体、相变等物性学方面的基本知识。　热学有宏观描述方法（热力学方法）与微观描述方法（统计物理学的方法）之分。它们分别从不同角度去研究问题，自成独立体系，相互间又存在千丝万缕的联系。微观描述方法的局限性：热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质总结：§1.2热力学系统的平衡态§1.2.1热力学系统一、热力学所研究的对象称为热力学系统（system).系统与外界可以有相互作用,例如：热传递、作功、质量交换等系统系统的分类开放系统孤立系统系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。封闭系统系统与外界没有物质交换，只有能量(热量、作功)交换。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。二、热力学与力学的区别1.热力学的注意力指向系统内部。热物理学研究方法不同于其它学科（例如力学）的宏观描述方法。热力学与力学的区别：2.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。热力学的参量：与系统内部状态有关的宏观物理量（诸如压强、体积、温度等）。例：运动卡