1、一、热力学系统一、热力学系统热力学系统（简称系统）热力学系统（简称系统）：被确定为研究对象的物体被确定为研究对象的物体或物体系，或热学所研究的对象。或物体系，或热学所研究的对象。孤立系统：孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统与外界既不交换物质又不交换能量的系统外界：外界：系统边界外部系统边界外部封闭系统：封闭系统：与外界不交换物质但可交换能量的系统与外界不交换物质但可交换能量的系统开放系统：开放系统：与外界既交换物质又交换能量的系统与外界既交换物质又交换能量的系统热力学与力热力学与力学的区别学的区别热力学参量：压强、体积、温度等热力学参量：压强、体积、温度等热力学的目的：基于热力学的
2、基本定律热力学的目的：基于热力学的基本定律力学的目的：基于牛顿定律（力学参量）力学的目的：基于牛顿定律（力学参量）1 1、平衡态、平衡态真空孤立系统孤立系统 在在不受外界条件影响下，经过足够不受外界条件影响下，经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上看来长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的不随时间变化的状态，这种状态叫做平状态，这种状态叫做平衡态。衡态。平衡态的特点平衡态的特点1）单一性（）单一性（ p， T 处处相等处处相等); ); 2）物态的稳定性）物态的稳定性 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
3、）.2 2、非平衡态、非平衡态 在自然界中，平衡态是相对的、特殊的、局部的与暂在自然界中，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。时的，不平衡才是绝对的、普遍的、全局的和经常的。三、热力学平衡三、热力学平衡热热力力学学呈呈现现平平衡衡态态的的条条件件无热流：无热流： 热学平衡条件，系统内部温度处处相等。热学平衡条件，系统内部温度处处相等。 无粒子流无粒子流：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系：力学平衡条件，系统内部各部分之间、系 统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反统与外界之间应达到力学平衡，通常情况下反 映为映为压强处处相等。压强处处相等。 化
4、学平衡化学平衡：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化：化学平衡条件，即在无外场下系统各部分的化 学组成学组成应是处处相等。应是处处相等。平衡态可以用平衡态可以用P P、V V、 T T图图来表示。只要上述三个条件一个来表示。只要上述三个条件一个得不到满足，就是非平衡态，不能用得不到满足，就是非平衡态，不能用P P、V V、T T图来表示。图来表示。),(TVppV),(TVp*o一、温度一、温度日常生活中，常用日常生活中，常用温度温度来表示冷热的程度来表示冷热的程度在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡系统的微观粒在微观上，则必须说明，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱程度的度量子热
5、运动强弱程度的度量二、热力学第零定律二、热力学第零定律1、绝热壁与导热壁绝热壁与导热壁2、热力学第零定律热力学第零定律ACBACBACB绝热壁绝热壁3、热力学第零定律的物理意义热力学第零定律的物理意义互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它们的温互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征，即它们的温度是相同的。度是相同的。第零定律不仅给出了温度的概念，而且指出了判别温度是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。否相同的方法。温度计温度计三、温标三、温标o （一）温标的定义及建立n 1、温标：温度的数值表示法（温度的量化）n 2、温标的建立水水银银摄摄氏氏温温度度计计
6、液态水银的液态水银的体积变化体积变化来反映来反映温度变化温度变化标准状态下：冰水混合物温度为标准状态下：冰水混合物温度为0度度 沸水温度为沸水温度为100度度体积的变化与温度成体积的变化与温度成线性关系线性关系推广推广选定测温属性选定测温属性选定固定点选定固定点(参考点参考点)规定变化关系（线性关系）规定变化关系（线性关系）建建立立温温标标的的三三要要素素三、温标三、温标温度计测温属性定容气体温度计定容气体温度计气体压强气体压强定压气体温度定压气体温度气体体积气体体积铂电阻温度计铂电阻温度计电阻电阻热电偶温度计热电偶温度计热电动势热电动势液体温度液体温度液柱长度液柱长度薄膜温度计薄膜温度计变色
7、等变色等讨论：？摄氏温标的同一性讨论：？摄氏温标的同一性常用摄氏温度计常用摄氏温度计020406080100120t /t / 氢定容温度计氢定容温度计水银温度计水银温度计铂电阻温度计铂电阻温度计二氧化碳定压二氧化碳定压总结：总结：1、各种摄氏温标除了所选固定点，都不存在同一性；、各种摄氏温标除了所选固定点，都不存在同一性；2、规定了一种测温属性与温度是线性关系，则其他属性、规定了一种测温属性与温度是线性关系，则其他属性就不一定是严格线性关系；就不一定是严格线性关系；3、各种摄氏温标需要标准温标校准、各种摄氏温标需要标准温标校准 理想气体温标；理想气体温标；三、温标三、温标o (二二) 理想气
8、体温标理想气体温标n1、气体温度计：、气体温度计：o 定容气体温度计：定容气体温度计：V一定；一定；T(p)o 定压气体温度计：定压气体温度计：p一定；一定；T(V)三、温标三、温标o (二二) 理想气体温标理想气体温标n2、定容气体温标、定容气体温标o 建立：建立： 测温属性测温属性 一定质量气体在定容下的压强一定质量气体在定容下的压强 固定点固定点 水的三相点水的三相点273.16K 线性关系线性关系 appT)(trtrtrappT16.27316.273)(trpa16.273trpp.T(p)K16273确定系数确定系数a:2 温 标o (三三) 理想气体温标理想气体温标n2、定容气
9、体温标、定容气体温标o 讨论讨论: ? 同一性同一性以测以测温泡温泡内的内的气体气体作为作为研究研究对象对象气体质量与同一性气体质量与同一性?气体种类与同一性气体种类与同一性?结论结论: 同一气体同一气体, ptr, T ; ptr0, T0不同气体不同气体, ptr0, T0当当ptr0时时, 定容气体定容气体温标与气体种类及质温标与气体种类及质量无关量无关空气空气N2O2H2200 400 600 800 10000ptr / mmHg0.2T /K 0.4-0.20trpp.T(p)K16273三、温标三、温标o (二二) 理想气体温标理想气体温标n3、定压气体温标、定压气体温标o 建立
10、建立n讨论讨论: ? 同一性同一性NeN2H2结论结论: 同一气体同一气体, p, T ; p0, T0不同气体不同气体, p0, T0当当p0时时, 定压气体温定压气体温标与气体种类及质量无标与气体种类及质量无关关trVVVTK16.273)(200 400 600 800 1000p / mmHgT /K 0-0.10三、温标三、温标o (二二) 理想气体温标理想气体温标n4、定压与定容气体温、定压与定容气体温标标n 讨论讨论: ? 同一性同一性Ne(p)N2(p)H2(p)结论结论: 当当p0时时, 定容和定压气体温标与气体种类及质量无定容和定压气体温标与气体种类及质量无关关,趋于同一个
11、极限值趋于同一个极限值.200 400 600 800 1000p,pt r / mmHgT /K 0-0.10Ne(V)H2(V)N2(V)三、温标三、温标o (二) 理想气体温标结论结论: 1、理想气体温标与气体种类、理想气体温标与气体种类(即气体个性即气体个性)无关无关, 但依赖于气体的共性但依赖于气体的共性.2、对于极低温度（气体液化）和极高温度（、对于极低温度（气体液化）和极高温度（1000）不适用）不适用不变）体积V( limK16.273)(lim00trpppppTTtrtr不变）压强p( limK16.273)(lim00trppVVVTTOr不变）体积V( limK16.2
12、73)(lim00trpppppTTtrtrOr不变）压强p( limK16.273)(lim00trppVVVTT不变）体积V( limK16.273)(lim00trpppppTTtrtrOr三、温标三、温标o (三三) 热力学温标热力学温标n热力学温标（开尔文温标）热力学温标（开尔文温标）是一种是一种不依赖于不依赖于测温测温物质物质和和测温测温属性属性的温标的温标n热力学温度，符号：热力学温度，符号：T；单位：开（尔文），；单位：开（尔文），K；n定义：定义：1开等于水的三相点热力学温度的开等于水的三相点热力学温度的1/273.16。结论结论: 1、热力学温标是最基本的温标；是一种理想温
13、标；、热力学温标是最基本的温标；是一种理想温标；2、理想气体温标在其适应的范围，与热力学温标一致，为可实现的温标。、理想气体温标在其适应的范围，与热力学温标一致，为可实现的温标。三、温标三、温标o (四四) 摄氏温标和华氏温标摄氏温标和华氏温标n摄氏温标：摄氏温标：符号，符号，t； 单位：摄氏度（单位：摄氏度（）；定义：）；定义：n华氏温标华氏温标: 符号，符号，tF；单位：华氏度（；单位：华氏度（ ）；定义）；定义:ttF593215.273Tt实实用用温温度度计计简简介介膨胀测温法：玻璃液体温度计、双金属温度计膨胀测温法：玻璃液体温度计、双金属温度计压力测温法：压力表式温度计、蒸汽压温度计
14、压力测温法：压力表式温度计、蒸汽压温度计电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、半导电磁学测温法：电阻温度计、温差热电偶温度计、半导 体温度计、频率温度计体温度计、频率温度计辐射测温法：光学高温计、比色高温计、辐射高温计辐射测温法：光学高温计、比色高温计、辐射高温计声学测温法：声学温度计、噪声温度计声学测温法：声学温度计、噪声温度计道尔顿提出一种温标：规定在给定的压强下理想气体体积的相对增量正比于温度的增量，采用在标准大气压时水的冰点温度为0摄氏度，沸点温度为100摄氏度。试用摄氏温度t来表示道尔顿温标的温度。解解: 设理想气体的压强一定时设理想气体的压强一定时,温度的增量为温度的增量为d
15、a,相应的体积的相对增量为相应的体积的相对增量为 V/V,比例系数为比例系数为,则按规定有则按规定有: daVV完成上式得积分完成上式得积分,参考点参考点 , 则任意温度下则任意温度下: )(0, 0Va )(ln00aaVV理想气体摄氏温标理想气体摄氏温标: 15.27315.273000ttTTVV综上综上,&参考点选择参考点选择: , 000ta10011ta55.320115.27315.373ln1001) 115.273ln(55.320ln10tVVa20 0),(),(,miiiimiiiiVpTfVpTT或一、物态方程一、物态方程平衡态平衡态 把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足的函数关系称为该物质的温度）之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称状物态方程或称状态方程。态方程。二、玻意耳定律二、玻意耳定律二、三、二、32 混合理想气体物态方程RTpVn)(21 nnpppVRTVRTVRTp 2121道尔顿分压定律道尔顿分压定律:321ppppRTMmbMmVVaMmpVmmolRTbVVapmmmmm)()()(,)1 ( ,)(222则范氏方程为：，体积为若气体质量为范氏气体）（范德瓦耳斯方程：
