大学物理热学13温度课件.ppt

1、1.热平衡的概念热平衡的概念p将两个分别处于平衡态的系统将两个分别处于平衡态的系统A A和和B B若用一若用一“绝热板绝热板”（如（如图图(a)(a)）隔开）隔开,则则A A，B B两系统的两系统的状态可独立地变化而互不影响状态可独立地变化而互不影响。pA A和和B B用一用一“导热板导热板”（如图（如图(b)(b)）隔开：）隔开：1 1）若两系统的状态不发生变化，）若两系统的状态不发生变化，则则A A，B B原来处于热平衡状态；原来处于热平衡状态；2 2）若两系统的状态发生变化，）若两系统的状态发生变化，则则A A，B B原来不处于热平衡状态。原来不处于热平衡状态。(a)(b)2 在不受外界

2、影响的情况下如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。2.热力学第零定律热力学第零定律23.温温 度度 互为热平衡的几个热力学系统，互为热平衡的几个热力学系统，必然具有某种共同的宏观性质，我们必然具有某种共同的宏观性质，我们将这种决定系统热平衡的宏观性质定将这种决定系统热平衡的宏观性质定义为义为温度温度2 热力学第零定律的物理意义热力学第零定律的物理意义 I.热力学第零定律告诉我们，互为热平衡的热力学第零定律告诉我们，互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征物体之间必存在一个相同的特征它们它们的温度是相同的。的温度是相同的。II.第零定律不仅给出了温

3、度的概念，而且指第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是否相同的方法。出了判别温度是否相同的方法。III.在判别两个物体温度是否相同时，不一定在判别两个物体温度是否相同时，不一定要两物体直接接触，而可借助一要两物体直接接触，而可借助一“标准标准”的物体分别与这两个物体热接融就行了。的物体分别与这两个物体热接融就行了。这个这个“标准标准”的物体就是温度计。的物体就是温度计。24 温标（温标（temperature scale）（一）（一）温标的建立、经验温标温标的建立、经验温标 温标温标 要定量地确定温度的数值，还必须给出要定量地确定温度的数值，还必须给出温度的数值表示法温度的数值表示

4、法温标温标 经验温标经验温标 例如，在固定压强下液体（或气体）的体积，在固定例如，在固定压强下液体（或气体）的体积，在固定体积下气体的压强，以及金属丝电阻或低温下半导体体积下气体的压强，以及金属丝电阻或低温下半导体的电阻等都随温度单调地、较显著地变化。的电阻等都随温度单调地、较显著地变化。任何物质的任何属性，只要它随冷热程度发生任何物质的任何属性，只要它随冷热程度发生单调的、较显著的改变，就可用来计量温度。单调的、较显著的改变，就可用来计量温度。这类温标称为经验温标。这类温标称为经验温标。2经验温标包含三个要素经验温标包含三个要素：（1）选择某种测温物质，确定它的测温属性（例如水银的体积随温度

5、变化）；（2）选定固定点 对于水银温度计，若选用摄氏温标，则以冰的正常熔点定为0，水的正常沸点定为100）；（3）进行分度，即对测温属性随温度的变化关系作出规定（摄氏温标规定0到100间等分为100小格，每一小格为1）。p 选择不同测量物质或不同测温属性所确定的经验温标并不严格一致。2 理想气体温标理想气体温标p 以气体为测温物质，利用气体状态方程中以气体为测温物质，利用气体状态方程中体积不变时压强与温度成正比关系所确定的体积不变时压强与温度成正比关系所确定的温标称为气体温标。温标称为气体温标。p 理想气体温标是根据气体在极低压强下所理想气体温标是根据气体在极低压强下所遵从的普遍规律来确定的，

6、是利用气体温度遵从的普遍规律来确定的，是利用气体温度来定标的。来定标的。p 气体温度计分为定体及定压气体温度计气体温度计分为定体及定压气体温度计两种。两种。p 定体气体温度计（定体气体温度计（Constant volume gas Constant volume gas thermometerthermometer）2定体气体温度计定体气体温度计体积保持不变体积保持不变TKPP 273163.21)选择气体作为测温物质，以气体的压强随温度的变化作为测温属性（保持体积不变）2)规定T(p)与 p 成正比papT)(a 是比例系数3)选三相点作为定点，规定三相点温度为 273.16KtrpaK 1

7、6.273是气体在三相点时的压强是气体在三相点时的压强trp则则trppKpT16.273)(定体气体温度计定体气体温度计2 水的三相点状态水的三相点状态p三相点状态是纯净的气体，液体，固体三者能够同时平衡共存的状态。水：水：三相点三相点 温度为温度为0.010.010 0C.C.压强是压强是4.58mmHg,4.58mmHg,对于确定的纯物质对于确定的纯物质,其三相点其三相点状态是确定的状态是确定的.恒温器2 理想气体是只有在理想气体是只有在 p pt tr r00，即当温泡内气体质量趋，即当温泡内气体质量趋于零时的气体于零时的气体，故还应在（故还应在（1.31.3）式中加上极限条件）式中加

8、上极限条件 trpppKpTtrlim016.273)(实际上在实际上在 p ptrtr00时，由于温泡内气体质量已时，由于温泡内气体质量已趋于零，温泡在被测温度所显示的压强趋于零，温泡在被测温度所显示的压强p p也趋也趋于零，似乎失去了测温手段的价值。于零，似乎失去了测温手段的价值。trppKpT16.273)(（体积不变）2pT=273.16K 水的三相点恒温器水的三相点恒温器 被测温的恒温器被测温的恒温器 2 测出不同质量气体分别在水的三相点及待测测出不同质量气体分别在水的三相点及待测温度（例如水的正常沸点）时的压强温度（例如水的正常沸点）时的压强 p ptrtr和和p.p.由由Kppp

9、Ttr16.273)(定出所对应的定出所对应的T T（p p）,然后作出然后作出 T(pT(p)-)-p pt tr r图形，将曲线延拓到图形，将曲线延拓到 p ptrtr00时的数值就时的数值就是所测出的温度是所测出的温度。如图所示。如图所示。气体温度计定标实验可以如下进行：气体温度计定标实验可以如下进行：在同一温泡中先后充入不同质量的同一气体在同一温泡中先后充入不同质量的同一气体2p由上图可以看到，在由上图可以看到，在 p ptrtr不趋于零时，充有不同种类不趋于零时，充有不同种类的气体的气体温度计的的气体的气体温度计的T T（p p）不同，说明它们还不是）不同，说明它们还不是理想气体，理

10、想气体，p只有在只有在 p ptrtr00时四条曲线才会聚一点。这时的数值时四条曲线才会聚一点。这时的数值373.15K373.15K才是由气体温度计所定出的理想气体温标才是由气体温度计所定出的理想气体温标.2（二（二)摄氏温标、华氏温标摄氏温标、华氏温标p 在摄氏温标建立之前，在摄氏温标建立之前，17141714年德国物理学家华年德国物理学家华伦海脱（伦海脱（FahrenhitFahrenhit）利用水银体积随温度变化）利用水银体积随温度变化的属性，建立了华氏温标（的属性，建立了华氏温标（“t tF F”表示），这表示），这是世界上第一个经验温标。是世界上第一个经验温标。华氏温标华氏温标 把

11、氯化氨、冰、水混合物的熔点定把氯化氨、冰、水混合物的熔点定为为00，冰正常熔点定为，冰正常熔点定为3232，并作均匀分度，并作均匀分度，由此定出水的正常沸点为由此定出水的正常沸点为212212。p 摄氏温标与华氏温标摄氏温标与华氏温标t t间的换算关系为间的换算关系为 FCttoF032592(三）三）热力学温标热力学温标 （Thermodynamics temperature scale）从温标三要素知，选择不同测温物质或不从温标三要素知，选择不同测温物质或不同测温属性所确定的温标不会严格一致。同测温属性所确定的温标不会严格一致。p 应引入一种不依赖测温物质、测温属性的应引入一种不依赖测温物

12、质、测温属性的温标。温标。它已不是经验温标，因而称为绝对温标或它已不是经验温标，因而称为绝对温标或称热力学温标。称热力学温标。p 国际上规定热力学温标为基本温标，一切国际上规定热力学温标为基本温标，一切温度测量最终都以热力学温标为准温度测量最终都以热力学温标为准。2（四）国际实用温标（四）国际实用温标（International International Practical Temperature ScalePractical Temperature Scale）p在理想气体温标能适用的范围内，热力学温标在理想气体温标能适用的范围内，热力学温标常以精密的气体温度计作为它的标准温度计。常以精密的气体温度计作为它的标准温度计。p但实际测量中要使气体温度计达到高精度很不但实际测量中要使气体温度计达到高精度很不容易，它需要复杂的技术设备与优良的实验条容易，它需要复杂的技术设备与优良的实验条件，还要考虑许多烦杂的修正因素。件，还要考虑许多烦杂的修正因素。p另外，在高温时气体温度计常失去其使用价值。另外，在高温时气体温度计常失去其使用价值。2