大学物理学：5-1平衡态 理想气体物态方程 热力学第零定律

1、引言引言 物质的运动形式是多种多样的。在力学中已经研究了物质物质的运动形式是多种多样的。在力学中已经研究了物质最简单的运动形式最简单的运动形式机械运动，并采用了牛顿力学的确定论机械运动，并采用了牛顿力学的确定论的研究方法。在这一章中，将研究物质的热运动。任何宏观物的研究方法。在这一章中，将研究物质的热运动。任何宏观物体都由大量微观粒子（原子、分子等）所构成，大量微观粒子体都由大量微观粒子（原子、分子等）所构成，大量微观粒子所作的永不停息的无规则运动就是热运动。研究热运动有两种所作的永不停息的无规则运动就是热运动。研究热运动有两种方法。本章的方法。本章的气体动理论气体动理论将从气体分子热运动观点

2、出发，运用将从气体分子热运动观点出发，运用统计方法研究气体分子热运动的规律，并对理想气体的热学性统计方法研究气体分子热运动的规律，并对理想气体的热学性质给与微观说明质给与微观说明。而本章的。而本章的热力学热力学则从能量观点出发，以大量则从能量观点出发，以大量实验观测为基础，来研究物质热现象的宏观基本规律及应用实验观测为基础，来研究物质热现象的宏观基本规律及应用。气体动理论和热力学是从不同的角度研究物质热运动规律的，气体动理论和热力学是从不同的角度研究物质热运动规律的，它们是相辅相成的。它们是相辅相成的。 本章的主要内容有：平衡态、理想气体物态方程、热力学本章的主要内容有：平衡态、理想气体物态方

3、程、热力学第零定律、理想气体分子热运动模型、压强和温度的微观本质、第零定律、理想气体分子热运动模型、压强和温度的微观本质、能量均分定理、理想气体内能、准静态过程、热力学第一定律能量均分定理、理想气体内能、准静态过程、热力学第一定律及其应用、卡诺循环、热力学第二定律等。及其应用、卡诺循环、热力学第二定律等。 研究对象研究对象 热运动热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动休止的无规运动 .热现象热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。与温度有关的物理性质的变化。单个单个分子分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律无序、具有偶然性、遵循力学规律. 研究

4、对象特征研究对象特征整体整体（大量分子）（大量分子） 服从统计规律服从统计规律 . 宏宏观量：观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）接测量）, 如如 等等 .TVp, 微微观量：观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），如分子的直接测量），如分子的 等等 .v,m宏宏观量观量微微观量观量统计平均统计平均 研究方法研究方法1. 热力学热力学 宏宏观观描述描述 实验经验总结，实验经验总结， 给出宏观物体热现象的规律，给出宏观物体热现象的规律，从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转从能量观点出发，分析研究物

5、态变化过程中热功转换的关系和条件换的关系和条件 .2. 气体动理论气体动理论 微微观描述观描述 研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型研究大量数目的热运动的粒子系统，应用模型假设和统计方法揭示宏观现象的本质假设和统计方法揭示宏观现象的本质 .气体动理论气体动理论热热力学力学相辅相成相辅相成一一 气体的物态参量气体的物态参量（宏观量宏观量）TVp, 2 体积体积 : 气体所能达到的最大空间（气体所能达到的最大空间（几何几何描述）描述）. 3333dm10L10m1V单位：单位： 1 气体压强气体压强 ：作用于容器壁上：作用于容器壁上单位面积的正压力（单位面积的正压力（力学力学描述）描述）.p

6、单位：单位：2mN1Pa1Pa10013. 1atm15标准大气压：标准大气压： 纬度海平面处纬度海平面处, 时的大气压时的大气压.45C0 3 温度温度 : 气体冷热程度的量度（气体冷热程度的量度（热学热学描述）描述）. TtT15.273单位：温标单位：温标 （开尔文）（开尔文）.K二二 平平 衡衡 态态 一定量的气体，一定量的气体，在不受外界的影响下在不受外界的影响下, 经过经过一定的时间一定的时间, 系统达到一个稳定的系统达到一个稳定的, 宏观性质不随宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态时间变化的状态称为平衡态 .（理想状态）（理想状态）平衡态的特点平衡态的特点1）单一性（单一性（ 处

7、处相等）处处相等）;2）物态的物态的稳定性稳定性 与时间无关；与时间无关；3）自发过程的终点；自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）热动平衡（有别于力平衡）.TVp,),(TVppV),(TVp*o p -V 图图上的每一点上的每一点表示一个平表示一个平衡态衡态三三 理想气体物态方程理想气体物态方程 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系关系 .NkTpV 理想气体宏观定义理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体：遵守三个实验定律的气体 .123KJ1038. 1k令令ANN则则kTNpVARkNA令令RTpV则则123Amol1002. 6N阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数11KmolJ31. 8R摩尔气体常量摩尔气体常量RTMmpV理想气体理想气体物态方程物态方程对质量为对质量为 的理想气体的理想气体mMmRTpVANNVNn nkTp 分子数密度分子数密度（ ）：单位体积内的分子数目）：单位体积内的分子数目.nNkTpV 四四