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《热学》 热学内容图析 古希腊（公元前611—430年） 四元素说：万物是由土、水、火、气四种元素在数量上不同比例的配合组成的。 我国殷商时期 五行学说：金、木、水、火、土是构成世界万物的五种基本元素，称为五行。中国古代提出的元气说，就认为热（火） 是物质元气聚散变化的表现。 主要参考书目： 第一章 导论 二、宏观描述方法与微观描述方法 2、微观描述方法：统计物理学 §1.2 热力学系统的平衡态 二、平衡态与非平衡态 §1.3 物态方程 四、混合理想气体物态方程 §1.4 温度与温度计 三、温标 3、摄氏温标、华氏温标与兰氏温标 2、涨落现象 三、分子间的吸引力与排斥力 §1.6 理想气体微观描述的初级理论 二、单位时间内碰在单位面积器壁上的平均分子数 三、理想气体压强公式、 压强的单位换算 四、温度的微观意义 §1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程 二、范德瓦耳斯方程 这种偏离统计平均值的现象称为涨落现象 可以证明，在粒子数可自由出入的某空间范围内的粒子数的相对涨落反比于系统中粒子数N的平方根。 应用： 小镜子的小角度振荡 涨落电流的热噪声 1、吸引力和排斥力 很多物质的分子引力作用半径约为分子直径的两倍左右，超过这一距离，分子间相互作用力已很少。 排斥力作用半径就是两分子刚好“接触”时两质心间的距离。 2、分子力有如下几个特点： 　①分子间同时存在引力和斥力； ②引力和斥力都随着距离的增大而减小； ③斥力比引力变化得快。 分子力是一种电磁相互作用力，故它是一种保守力，它应该有势能，称为分子作用力势能。 3、 F – r 图象 o 4、分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律： ①rr0时表现为斥力； ②r=r0时分子力为零； ③rr0时表现为引力； ④r10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。 5、从本质上来说，分子力是电场力的表现。 一、理想气体微观模型 1、分子本身线度比起分子间距离小得多而可忽略不计 Loschmidt常数： 标准状态下分子间平均距离: 氮分子半径： 2、除碰撞一瞬间外，分子间互作用力可忽略不计。 分子在两次碰撞之间作自由的匀速直线运动 3、处于平衡态的理想气体，分子之间及分子与器壁间的碰撞是完全弹性碰撞 在常温下，压强在数个大气压以下的气体，一般都能很好地满足理想气体方程。 处于平衡态的气体均具有分子混沌性 4、分子的运动遵从经典力学的规律 ΔA a b c x y z 0 设 边长分别为 x、y 及 z 的长方体中有 N 个全同的质量为 m 的气体分子，计算 壁面所受压强 . 1、理想气体压强公式 单个分子对器壁碰撞特性 : 偶然性 、不连续性. 大量分子对器壁碰撞的总效果 ： 恒定的、持续的力的作用 . 热动平衡的统计规律 （ 平衡态 ） 1）分子按位置的分布是均匀的 2）分子沿各方向运动概率均等 分子运动速度 各方向运动概率均等 方向速度平方的平均值 各方向运动概率均等 单个分子遵循力学规律 x方向动量变化 分子施于器壁的冲量 两次碰撞间隔时间 单位时间碰撞次数 单个分子单位时间施于器壁的冲量 大量分子总效应 单位时间 N 个粒子对器壁总冲量 器壁 所受平均冲力 气体压强 统计规律 分子平均平动动能 压强的物理意义 统计关系式 宏观可测量量 微观量的统计平均值 分子平均平动动能 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 . 压强的单位 P.33 表1.4 2、 3、 气体分子的均方根速率： 温度的微观意义： 绝对温度是分子热运动剧烈程度的度量 是分子杂乱无章热运动的平均平动动能，它不包括整体定向运动动能。 粒子的平均热运动动能与粒子质量无关，而仅与温度有关 P.34 表1.5 例1.4 例1.3 P.35 P.35 * * 面向物理学本科学生 主讲：姚恺 总论 量热与量温 热传递的一般规律 热力学平衡态的特征及充要条件 热力学第零定律、温度和温标 理想气体定律和状态方程 热学发展规律简史 研究对象及方法 热力学基础（宏观理论） 分子运动论（微观理论） 热学理论的应用（物性学） 1、热力学第一定律； 2、热力学第二定律； 3、热机。 1、分子运动论的实验基础及基本论点； 2、理想气体分子运动的规律（平衡态）； 3、理想气体内迁移规律（非平衡态）。 1、实际气体、液体、固体的基本性质； 2、一级相变特征及基本规律。 伽利略温度计 16世纪 (明) 从钻木取火到商周的青铜器 瓦特早期蒸汽机 清初 1807年