高二物理竞赛平衡态状态参量课件

第一章温度一、平衡态○系统：研究的具体对象○外界：与系统发生相互作用的其它物体

1.热力学系统：由大量无规则运动的微观粒子组成的物体或物体系系统与外界是绝对的吗？§1、

平衡态状态参量○开放系统：与外界有物质交换有能量交换的系统；○孤立系统：与外界无物质交换无能量交换的系统；○封闭系统：与外界无物质交换有能量交换的系统；○绝热系统：与外界无物质交换有？？交换的系统。当系统与外界的相互作用小到可忽略时，可近似当作孤立系统。在不受外界影响的条件下（，），系统的宏观性质不随时间变化的热力学状态。

2.热力学平衡态热力学状态：质量一定的热力学系统，在一定条件下总以某种形式存在，称热力学状态。热力学平衡态（平衡态，热动平衡）：ABAB末态(平衡态)

中间态(非平衡态)绝热容器初态(平衡态)

真空隔板气体自由膨胀p与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但由于有外界的影响，故在系统内部存在能量流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”同时考虑，缺一不可。100oc0oc金属杆金属杆就是一个热力学系统。根据平衡态的定义，虽然杆上各点的温度将不随时间而改变，但是杆与外界（冰、沸水）仍有能量的交换。一个与外界不断地有能量交换的热力学系统所处的状态，显然不是平衡态而是稳定态。注意：不能单纯把是否宏观状态不随时间变化或是否处处均匀一致看作平衡态与非平衡态的判别标准。○系统内部各部分不发生宏观的相对运动——不作功○系统同外界及系统各部分之间无热交换——不传热○系统呈多相（气、液、固相），其各相不变——热平衡；——力学平衡；——相平衡；——化学平衡。热力学系统呈现平衡态的条件：○系统含多种化学成分，其化学组成不变

3.平衡态的特点：○单一性（p、T处处相等）；○物态的稳定性（与时间无关）；○微观上，粒子热运动永不停息——热动平衡；○不受外界影响的系统实际不存在——平衡态概念是相对的理想化情况。理想模型：平衡态是一定条件下对实际情况的概括和抽象。

自然界中平衡是相对的、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。二、状态参量

系统处于平衡态时，一些可用以确定其性质的宏观物理量。○状态参量用以表征系统的宏观性质；○状态参量可测量，但须系统达到平衡态时，否则无意义；○几何参量V、力学参量p、化学参量ν、和电磁参量等。在平衡时，均是与时间和空间位置无关的参量。注意：

如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或pV系统）。大爆炸后宇宙温度

1039℃氢弹爆炸中心

108℃太阳中心

1.5107℃地球中心

4000℃月亮向阳面

127oC吐鲁番盆地最高温度

50oC穿衣保持最佳舒适感时，皮肤平均温度

33℃地球表面平均温度

15oC水的三相点

0.01℃最低温度？最高温度？激光管内正发射激光的气体

<-273.15oC(负温度)地球最低气温

-130℃氦在一大气压下的沸点

-270.15oC～-268.15oC理论最低温度

-273.15oC二、热平衡定律（热力学第零定律）

若隔板为“导热板”（如图b），则A，B两系统状态不能独立地改变，一个系统状态的变化会引起另一系统状态的变化。金属板即为导热板。通过导热板两个系统的相互作用叫热接触。

通过导热板进行热接触的两个系统组成一复合系统，当复合系统达到平衡态时，我们就说两个系统处于热平衡。若两个热力学系统中的每一个都与处于确定状态的第三个热力学系统处于热平衡，则这两个热力学系统彼此也处于热平衡。ACBACB（1）（2）AB在与外界影响隔绝的条件下，两物体通过热接触后达到平衡态，两物体已经建立了热平衡。AB绝热壁思考：在与外界影响隔绝的条件下，如果处于确定状态下的物体C分别与物体A、B处于热平衡，那么物体A和B处于热平衡吗？○处于同一热平衡状态的所有热力学系统应当具有某种共同的宏观性质；○表征系统处于同一热平衡状态这一宏观性质的物理量是一个状态函数——温度；说明：○温度是热学中特有的物理量，它决定某一系统与其它系统是否处于热平衡。一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。○温度反映组成系统的大量微观粒子无规则运动的剧烈程度。实验表明，将几个达到热平衡状态的系统分开之后，并不会改变每个系统的热平衡状态。这说明，热接触只是为热平衡的建立创造条件，每个系统热平衡时的温度仅决定于系统内部热运动的状态。思考：

请用温度的概念解释日常对冷热的体验：

三、温