第四章热学与熵 §41热力学第零定律与热平衡 §42热力学第一定律与能量守恒定律 s43热力学第二定律与熵 §4.4热力学第三定律与绝对零度 §4.5分子运动论与布朗运动
第四章 热学与熵 §4.1 热力学第零定律与热平衡 §4.2 热力学第一定律与能量守恒定律 §4.3 热力学第二定律与熵 §4.4 热力学第三定律与绝对零度 §4.5 分子运动论与布朗运动
第四章热学与熵 热学是研究物质处于热状态下有关性质和 规律的物理学的分支学科。 历史上对热的认识,出现过两种对立的观点: 热质说:把热看成是一种不生不灭的流质,一 个物体含有的热质多,就具有较高的温度。 热动说:大量实验都证明热是大量分子的无规 则运动相联系的。焦耳的实验以精确的数据 证实了迈尔热功当量概念的正确性,使人们 摈弃了热质说,并为能量守恒定律奠定了实 验基础。与此同时,热学的两类实验技术 测温术和量热术也得到了发展
第四章 热学与熵 热学是研究物质处于热状态下有关性质和 规律的物理学的分支学科。 历史上对热的认识，出现过两种对立的观点: 热质说：把热看成是一种不生不灭的流质，一 个物体含有的热质多，就具有较高的温度。 热动说：大量实验都证明热是大量分子的无规 则运动相联系的。焦耳的实验以精确的数据 证实了迈尔热功当量概念的正确性，使人们 摈弃了热质说，并为能量守恒定律奠定了实 验基础。与此同时，热学的两类实验技术── 测温术和量热术也得到了发展
热力学主要是从能量转化的观点来研究物 质的热性质,它提示了能量从一种形式转换 为另一种形式时遵从的宏观规律。 它是总结了物质的宏观现象而得到的热 学理论,不涉及物质的微观结构和微观粒子 的相互作用。因此,它是一种唯象的宏观理 论。它具有高度的可靠性和普遍性
热力学主要是从能量转化的观点来研究物 质的热性质，它提示了能量从一种形式转换 为另一种形式时遵从的宏观规律。 它是总结了物质的宏观现象而得到的热 学理论，不涉及物质的微观结构和微观粒子 的相互作用。因此，它是一种唯象的宏观理 论。它具有高度的可靠性和普遍性
s44热力学第零定律与热平篱 ·热平衡:两个热力学系统进行热接触时,经过足够 长的时间之后,系统的状态不再发生变化;这时可以 认为两个系统处于热平衡。如果两个系统热接触时, 状态没有发生变化,则说明两个系统已是互为热平衡 的。可以认为互为热平衡的两个系统的冷热程度相同。 热力学第零定律:若两个热力学系统各自与第三个热 力学系统处于热平衡,则它们彼此也必处于热平衡 热平衡定律是热力学中的一个基本实验定律,其 重要意义在于它是科学定义温度概念的基础,是用温 度计测量温度的依据
§4.1 热力学第零定律与热平衡 • 热平衡：两个热力学系统进行热接触时，经过足够 长的时间之后，系统的状态不再发生变化；这时可以 认为两个系统处于热平衡。如果两个系统热接触时， 状态没有发生变化，则说明两个系统已是互为热平衡 的。可以认为互为热平衡的两个系统的冷热程度相同。 • 热力学第零定律：若两个热力学系统各自与第三个热 力学系统处于热平衡，则它们彼此也必处于热平衡。 热平衡定律是热力学中的一个基本实验定律，其 重要意义在于它是科学定义温度概念的基础，是用温 度计测量温度的依据
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度定义:具有标志一个物体是否同其他物体 处于热平衡状态的性质,它的特征就在于一切 互为热平衡的物体都具有相同的数值。 从微观上看,温度反映了组成宏观物体的 大量分子无规则运动的剧烈程度,是大量分子 热运动平均能量的量度;物体的温度愈高,组 成物体的分子平均动能也愈大。 可见,温度是组成物体的大量分子热运动 的集体表现,因而具有统计的意义。对于单个 分子来说,温度是没有意义的
温度是表征物体冷热程度的物理量。 温度定义：具有标志一个物体是否同其他物体 处于热平衡状态的性质，它的特征就在于一切 互为热平衡的物体都具有相同的数值。 从微观上看，温度反映了组成宏观物体的 大量分子无规则运动的剧烈程度，是大量分子 热运动平均能量的量度；物体的温度愈高，组 成物体的分子平均动能也愈大。 可见，温度是组成物体的大量分子热运动 的集体表现，因而具有统计的意义。对于单个 分子来说，温度是没有意义的
温度计:标准的物体分别与各个物体接触,经过一段 时间,两者达到热平衡,标准物体的温度就是待测物 体的温度。这个标准物体叫做温度计。 经验温标:摄氏温标、华氏温标、兰氏温标等。 热力学温标:与测温系统性质无关的温标。 由热力学温标所定义的热力学温度是具有最严格 科学意义的温度。通常采用气体温度计进行热力学温 度的测量。由于气体温度计的复现性较差,国际间又 协议定出实用性的标准温标—国际实用温标,以统 国际间的温度量值,并使由国际实用温标定出的温 度尽可能地接近相应的热力学温度,相对地具有一定 稳定性
温度计：标准的物体分别与各个物体接触，经过一段 时间，两者达到热平衡，标准物体的温度就是待测物 体的温度。这个标准物体叫做温度计。 经验温标：摄氏温标、华氏温标、兰氏温标等。 热力学温标：与测温系统性质无关的温标。 由热力学温标所定义的热力学温度是具有最严格 科学意义的温度。通常采用气体温度计进行热力学温 度的测量。由于气体温度计的复现性较差，国际间又 协议定出实用性的标准温标──国际实用温标，以统 一国际间的温度量值，并使由国际实用温标定出的温 度尽可能地接近相应的热力学温度，相对地具有一定 稳定性
中国计量科学研究院用一套装置来复现国 际实用温标,并以此作为中国最高的温度标准
中国计量科学研究院用一套装置来复现国 际实用温标，并以此作为中国最高的温度标准
842热力学第一定律与能量守恒定律 §42.1热力学第一定律 数学表述:Q=△U+A或dQ=dU+dA 物理意义:任一过程中,系统所吸收的热量在 数值上等于该过程中系统内能的增量及对外界 作功的总和。 第一类永动机:一种不消耗能量,但可以作功 的机器。 热力学第一定律的另一种表述方式: “第一类永动机是不可能造成的
§4.2 热力学第一定律与能量守恒定律 §4.2.1 热力学第一定律 数学表述： Q = U + A 或 dQ = dU + dA 物理意义：任一过程中，系统所吸收的热量在 数值上等于该过程中系统内能的增量及对外界 作功的总和。 第一类永动机：一种不消耗能量，但可以作功 的机器。 热力学第一定律的另一种表述方式： “第一类永动机是不可能造成的
§4.2.2热动说与热质说之争 热是什么?自古以来,就有不同的看法。在科学 史上,关于热的本性的问题,曾有热动说与热质说的 长期争论。争论的中心问题是:热是一种运动,还是 某种具体物质? 热质说 主要倡导者布莱克重复了波尔哈夫等人的实验 再次证实了相同重量的两份不同温度的水相混合,混 合后水的温度正好是它们温度的中间值;可是把相同 重量的热水与冷的水银混合在一起,混合后的温度却 不是它们温度的中间值,而是更接近于水的温度。为 了解释这一疑难,布莱克主张把热量和温度两个概念 分开,一个是指“热质的量”,一个是指“热的强度 或集度”。这就如同把物质的量即质量,与物质的集 度即密度分开一样
§4.2.2 热动说与热质说之争 热是什么? 自古以来，就有不同的看法。在科学 史上，关于热的本性的问题，曾有热动说与热质说的 长期争论。争论的中心问题是：热是一种运动，还是 某种具体物质? • 热质说 主要倡导者布莱克重复了波尔哈夫等人的实验， 再次证实了相同重量的两份不同温度的水相混合，混 合后水的温度正好是它们温度的中间值；可是把相同 重量的热水与冷的水银混合在一起，混合后的温度却 不是它们温度的中间值，而是更接近于水的温度。为 了解释这一疑难，布莱克主张把热量和温度两个概念 分开，一个是指“热质的量” ，一个是指“热的强度 或集度” 。这就如同把物质的量即质量，与物质的集 度即密度分开一样
从热质说出发,使得许多热现象得到了统 的解释,就使热质说逐渐成为在热学研究中 占统治地位的理论。到18世纪80年代,几乎整 个欧洲都相信热质说是正确的。 法国著名化学家拉瓦锡于1777年写出了 《燃烧理论》,全面地阐述了燃烧的氧化学说, 推翻了燃素说。但是,他依然把热看成是一种 特殊的物质元素,并于1787年同他人一起把这 种特殊的物质元素命名为“热素”(热质) 1789年,拉瓦锡在他出版的《化学原理教 程》一书中,把“热素”和“光”一起列入无 机界23种化学元素中。他认为,热质是“没有 重量不可称量”的流体。可见,热质说已经达 到了它的鼎盛时期
从热质说出发，使得许多热现象得到了统 一的解释，就使热质说逐渐成为在热学研究中 占统治地位的理论。到18世纪80年代，几乎整 个欧洲都相信热质说是正确的。 法国著名化学家拉瓦锡于1777年写出了 《燃烧理论》，全面地阐述了燃烧的氧化学说， 推翻了燃素说。但是，他依然把热看成是一种 特殊的物质元素，并于1787年同他人一起把这 种特殊的物质元素命名为“热素”(热质)。 1789年，拉瓦锡在他出版的《化学原理教 程》一书中，把“热素”和“光”一起列入无 机界23种化学元素中。他认为，热质是“没有 重量不可称量”的流体。可见，热质说已经达 到了它的鼎盛时期