李椿《热学》（第二版）电子教案-第1章 温度.pptVIP

平均摩尔质量 混合理想气体物态方程 物质的量 上式可写作 * 第一章 温度 一、平衡态 不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间变化的状态叫做平衡态。 §1.1 平衡态 状态参量 影响——做功、传热 当系统处于平衡态时，系统必然处于力学平衡、热学平衡、化学平衡和相平衡的状态。 热力学系统的平衡态，比其他学科分支的平衡态定义更加严格。在实际中，完全不受外界影响的孤立系统是不存在的。所以，平衡态是一个理想模型。在许多实际问题中，当系统受外界影响很小，宏观性质随时间变化极为缓慢时，可以把实际状态近似地当成平衡态来处理。 在平衡态下,组成系统的微观粒子仍处于不停的无规则运动之中，因此,热力学中的平衡是一种动态平衡,称为热动平衡,简称热平衡 。 平衡态演示 二、状态参量 在平衡态下，因系统的各种宏观性质都不随时间变化，所以，可用表征宏观性质的物理量来描述系统所处的状态。 我们可以选择其中几个量作为描述系统状态的变量，称之为状态参量。 假设所研究系统是贮在气缸中的一定质量的化学纯的气体。 体积是几何参量，压强是力学参量。 实验表明，气体的体积和压强是可以独立改变的，所以用这两个参量能够完全描述系统的状态。 在一般情况下，需用几何参量、力学参量、化学参量和电磁参量等四类参量来描述热力学系统的平衡态。 只需要体积和压强就可确定系统的平衡态，这种系统为简单系统。 除了体积、压强外，还需反映系统化学成分的参量，如质量、物质的量。 具体给定系统后，需用哪几个参量才能对系统完全描述，由系统本身性质决定。 假设所研究的是混合气体（例如氧和氮的混合物)。 在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂时的，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。 有能量或粒子流动情况下，各处宏观状态均不随时间变化的状态，叫做稳态，也称定态。 热力学系统在平衡态时，系统内部无能量和粒子的宏观流动。 稳态 与力学中的平衡相比较，这是两个不同的理想概念。力学中的平衡是指系统所受合外力为零的单纯静止或匀速运动问题。而热力学中的平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化，但组成系统的分子却不断地处于运动之中，只是与运动有关的统计平均量不随时间改变，所以这是一种热动平衡。 [解] 金属杆可视为一热力学系统，沸水和冰都是它的外界，根据平衡态的定义，虽然杆上各点的温度将不随时间而变化，但杆与沸水和冰仍有热量交换，也就是外界和系统不断有能量的交换，系统受到外界的影响。因此金属杆不是处于平衡态，而是处于非平衡的稳态。 [例题] 一金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？ T1 T2 一、热力学第零定律 §1.2 温度 温度是热学中最核心的概念，它的建立与测量都是建立在热力学第零定律的基础上的。 根据日常经验，当两个冷热程度不同的物体相互接触时，热的物体会变冷，冷的物体会变热，经过一段足够长的时间后，凭触觉就会感到两个物体达到了冷热程度相同的状态，即达到一个平衡态。 这种平衡态是两个系统在发生传热的条件下达到的,我们称这种平衡为热平衡。 如图所示实验 A C B A C B A C B 绝热壁 在不受外界影响的情况下，如果两个热力学系统中的每一个都与第三个处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡物态。 这个结论被称为热力学第零定律。 也称热平衡定律。 定义这个决定系统热平衡的宏观性质为温度。 温度的特征： 热力学第零定律反映出，处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有共同的宏观性质。 一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。 温度反映了组成系统的大量分子的无规则运动的剧烈程度。 一切互为热平衡的物体都具有相同的温度，这是用温度计测量温度的依据。 热力学第零定律是热力学中一个基本实验定律。 二、温标 温度的数值表示法叫做温标。 有了温度的概念，能够定性地描述物体的冷与热。 选择一个系统，用以标示温度的数值。 如果物体A较物体B热，说明物体A的温度较物体B的温度高。 但要定量地给出物体的冷热差异程度，需要将温度用数值来表示。 用以标示温度数值的系统，叫做温度计。 1.经验温标 经验温标的建立，需要三个要素。 因为温度是一个状态函数，它的数值具有相对性，因此需要人为规定固定点的温度值。 其中 与x无关，由规定点定义的温度值决定。 经验温标规定，其他状态参量保持不变，标示温度变化的状态参量x，与温度 成线性关系 首先选择测温物质（即测温系统），其次选择测温属性（测温状态参量）。测温属性的选择，应该使测温属性随温度单调且变化明显。 常用的经验温标如摄氏温标规定：在标准大气压下，冰水混合物的平衡温度（即冰点温度）数值规定为θ（x0）=0，水沸腾的温度值为θ