2022-2023学年高二物理竞赛课件：热力学温度函数

热力学温度函数2热力学温度函数几个概念：1.系统与外界：热力学系统（或简称体系或系统）是指一个宏观的系统，它一般由大量的微观粒子组成。指明系统是宏观的（有大量的微观粒子），是有限的。32.平衡态：一个系统不受外界影响的条件下（孤立系），体系的各部分宏观性质在长时间内不发生变化的状态。平衡态时微观的分子、原子仍然处于运动中，是一种动态平衡→热动平衡

存在微小偏差→涨落→很小→可忽略两个系统的热平衡状态：两个与外界隔绝的系统，即使通过共同的固定边界接触，也不发生进一步的状态变化，那么就称这两个系统处于热平衡状态。4

热力学第零定律：两个物体同时与第三个物体达到热平衡，这两个物体也处于热平衡。是一个热力学公理。定律中的第三系统就是温度计。它在测温计数和建立经验温标方面显然都是非常重要的。温度T：是表征物体冷热程度的物理量，与物质的性质与状态有关。5温度计的发展1953年：意大利伽利略制造了第一支温度计，以空气为测温物质，由玻璃泡内空气的热胀冷缩来表示温度的高低。61632年：法国珍.雷（JeanRey），将伽利略的温度极倒转过来，并注入水，以水为测温物质，利用水的热胀冷缩来表示温度高低。但管子是开口的，因而水会不断蒸发。1657年：意大利佛罗伦萨的西门图科学院的院士，改用酒精为测温物质，并将玻璃管的开口封闭，制造出了避免酒精挥发也不受大气压力影响的温度计，同时选择了最高和最低的温度固定点。1659年：巴黎天文学家布里奥（Boulliau）把西门图院士传到法国的温度计充以水银，而制造出第一支水银温度计。1660年到1700年期间：波义耳和其助理虎克（RobertHooke），甚至牛顿本人均认识到制定温标的重要性，虽然他们没有对温度计制定温标，但对温度计发展的贡献却是非常重要的。1702年：阿蒙顿（GuillaumelAmontons）仿伽利略的方法制出一个装有水银的Ｕ型且与大气压力无关的气体温度计，与现今标准气体温度计相近。71714年：荷兰气象学家华伦海特（GabrielDannielFahrenheit）制作出第一批刻度可靠的温度计（有水银的，也有酒精的）。他选用三个温度固定点：（1）零度是冰水和氯化铵混合物的温度；（2）32度是冰水混合物的温度；（3）96度是人体的温度。

1724年他测量水的沸点为212度。现代人把标准大气压下水的冰点和沸点之间标以180刻度，就是华氏温标℉。1742年：瑞典天文学家聂耳休斯（AndersCelsius）引进百分刻度法，他把水的沸点定为零度，水的冰点定为100度，此即所谓摄氏温标。其同事斯特莫（Stromer）把这两个温度值倒过来即成为近代所用的摄氏温标。8理想气体温标：在压强趋于零的极限下，用任何气体作为测温物质都趋于一个共同的极限温标T。

单位：K(开）热力学温标:引入一种不依赖任何具体物质特性的温标，摄氏温度t与热力学温度T的数值关系:t=T-273.15单位：℃摄氏度定容温度计（温标）:规定水的三相点：273.16K9温度状态函数处在平衡状态下的两个热力学系统分别存在一个状态函数，而且这两个状态函数的数值相等，即它就是温度T。(处于热平衡的物体有一共同的性质：T)10证明：考虑简单系统，设系统C处在热平衡状态，且系统C与系统A达到热平衡。Vc、Pc、VA、PA分别是描述两系统的状态参量，四个变量之间存在一个函数关系：

fAC(PA,VA;PC,VC)=0，则：

Pc=FAC(PA,VA;VC)若系统B（VB,PB）与系统C（VC,PC）达到热平衡，同样存在函数关系：

fBC(PB,VB;PC,VC)=0

则：

PC=FBC(PB,VB;VC)11若A、B与C达到热平衡，则FAC(PA,VA;VC)=FBC(PB,VB;VC)由热平衡定律知，A与B也必平衡,即fAB(PA,VA;PB,VB)=0可简化为：gA(PA,VA)=gB(PB,VB)经验表明：两物体达到热平衡时具有相同的冷热程度——温度，故g(P,V)，即系统的温度。即热平衡的两个热力学系统A和B分别存在一个状态函数gA和gB，且这两个状态函数的数值相等，这个状态函数就是T=g(p,V).

因此，Brown粒子的运动方程为该式称为Langevin方程．可解得该式称为Einstein公式．它指出,在时间间隔t内,Brown粒子位移的方均值与时间间t隔成正比.Brown运动与扩散的关系扩散是由于粒子在空间的分布不均匀所引起的．假设Brown粒子的密度不均匀，以n(r,t