常见物理名词解析

常见物理名词解析

常见物理名词解析物理学科概念【热学】热学是物理学的一个重要部分。它专门研究热现象的规律及其应用。对热现象的研究一是由观察和实验入手总结出热现象规律构成热现象的宏观理论叫做热力学二是从物质的微观结构出发即以分子、原子的运动和它们之间的相互作用出发应用统计方法去研究热现象的规律构成热现象的微观理论叫做统计物理学。它所研究的范围包括测温学、量热学、热膨胀以及热传递等。若从广泛的涵义上热学还包括其他有关热现象研究的热力学、分子物理学和热工学等分科。热力学和统计物理学研究对象是一致的都是研究物体内部热运动的规律性以及热运动对物体性质的影响但是研究的方法截然不同。热力学根据观察和实验所总结出来的热力学定律以严密的逻辑推理来研究宏观物体的热性质它不涉及物质的微观结构。统计物理学则从物质的微观结构出发依据每个粒子所遵循的力学规律用统计学的方法研究宏观物体的热性质。热力学对热现象给出可靠的依据用以验证微观理论的正确性统计物理学可深入探讨热现象的本质使热力学的理论获得更深刻的意义。因此这两种方法起到了相辅相成的作用使热现象的研究更加深入。【热力学】它是研究热现象中物态转变和能量转换的学科。由观察和实验总结出热现象的规律构成热现象的宏观理论。在19世纪中叶焦耳等人通过多次实验将热确定为能的一种形式从而建立了热力学。热力学的研究是从大量经验中总结了自然界有关热现象的一些共同规律而得出热力学定律即热力学第零、第一、第二和第三定律用严密的逻辑推理来研究宏观物体的热性质及规律。热力学所研究的内容在量子力学发展以前就有了一定的基础故论及的系统及所持的理论均出于宏观的概念。主要探讨物质系统的平衡状态以及与平衡状态偏离不大的物理、化学过程近年来对非平衡状态过程的研究亦取得一定的成果。热力学不涉及物质内部的微观结构对热现象的本质亦不能作出解释这是它的局限性这些都需要统计物理学来补充、说明并加以发展。【统计物理学】是用统计方法研究由大量微观粒子组成的物质系统内部热运动规律及其对系统性质的影响。它是从物质的微观结构即从分子、原子的运动和它们之间的相互作用出发来研究热现象的规律构成热现象的微观理论。统计物理学的前身是气体分子运动论。统计物理学是从宏观系统内部的微观结构出发根据微观粒子所遵从的力学规律用统计方法将系统的宏观性质及其变化规律推导出来。所以统计物理学与热力学两者之间可以相互补充。19世纪在经典力学基础上形成了“统计力学”。在研究气体处于平衡状态下的性质方面取得成就对热力学已经获得的结果能从微观角度更深刻地加以阐明。以后随着研究范围的扩展而取得统计物理学的名称。20世纪以来由于发现微观粒子具有量子性质之后在量子力学基础上形成“量子统计物理”。统计物理学对于许多涉及多体问题的学科都有重要应用。例如在固体物理学、原子核物理学、物理化学和天体物理学等方面均取得巨大成就。在相变超导性、超流性、等离子体等方面运用统计物理方法于近年来亦有很大的进展。热学【热】热的概念来自人们对冷热的感觉。它是物质运动表现的形式之一。它的本质是大量的实物粒子分子、原子等永不停息地作无规则的运动。热与实物粒子的无规则运动的速度有关无规则运动越强烈时则该物体或系统就越热温度也越高。热的另一种涵义是热量热量是能量变化的一种量度。热量与温度的概念不同不能混为一谈。【热运动】是物质的一种运动形式。宏观物体内部大量微观粒子如分子、原子、电子等永不停息的无规则运动称为热运动。它是物质的一种基本运动形式。一个物体或某一系统在热平衡时的温度取决于他内部微观粒子热运动的状况热运动越剧烈它的温度就越高。【热现象】凡与温度有关的物质系统性质的变化统称为“热现象”。例如物体吸热后温度升高体积膨胀水受热后变成水蒸气等都是由于温度发生了变化物体的性质也随着而变化这说明热现象是大量分子无规则运动的表现。【温度】是表示物体冷热程度的物理量。由人的感觉来判断物体的冷热程度是建立在主观感觉基础上的。为了能客观地反映物体的冷热程度人们引入了温度的概念。从分子运动论的观点来看温度是物体内部大量分子无规则热运动剧烈程度的体现。它是物体冷热的内在根据热运动越剧烈物体的温度就

越高。某一物体温度升高或降低就标志kT。式中k为玻尔兹曼常数T为气体温度的微观实质是分子平均动能的量度。由此看来温度是含有统计意义的它是大量气体分子热运动的集体表现。对于个别分子而言它的动能可能大于平均动能也可能小于平均动能。但在温度一定时它是一个确定的值。对于个别分子说它温度是多少是没有意义的。【温标】温度数值的表示方法叫做“温标”。为了定量地确定温度对物体或系统温度给以具体的数量标志各种各样温度计的数值都是由温标决定的。为量度物体或系统温度的高低对温度的零点和分度法所做的一种规定是温度的单位制。建立一种温标首先选取某种物质的某一随温度变化的属性并规定测温属性随温度变化的关系其次是选固定点规定其温度数值最后规定一种分度的方法。最早建立的温标是华氏温标、摄氏温标这些温标统称为经验温标。它们的缺陷是温度读数与测温物质及测温属性有关测同一热力学系统的温度若使用摄氏温标标定的不同测温属性的温度计其读数除固定点外并不严格一致。经验温标现已废弃不用。为了统一温度的测量温度的计量工作中采用理想气体温标为标准温标。规定温度与测温属性成正比关系选水的三相点为固定点。在气体液化点以下及高温下理想气体温标不适用由于氦的液化温度最低因此氦温度计有它一定的优越性。国际单位制中采用的温标是热力学温标。它的单位是开尔文中文代号是开国际代号是K。【摄氏温标】是经验温标之一亦称“百分温标”。温度符号为t单位是摄氏度国际代号是“℃”。摄氏温标是以在一大气压下纯水的冰点定为0℃。在一大气压下汽点作为100℃两个标准点之间分为100等分每等分代表1℃。在温度计上刻100℃的基准点时并不是把温度计的水银泡或其他液体插在沸腾的水里而是将温度计悬在蒸汽里。实验表明只有纯净的水在正常情况下沸腾时沸水的温度才同上面蒸汽温度一样。若水中有了杂质溶解了别的物质沸点即将升高也就是说要在比纯净水的沸点更高的温度下才会沸腾。如水中含有杂质当水沸腾时悬挂在蒸汽里的温度计上凝结的却是纯净的水因此它的水银柱的指示跟纯净水的沸点相同。在给温度计定沸点时避免水不纯的影响应用悬挂温度计的方法。为了统一摄氏温标和热力学温标1960年国际计量大会对摄氏温标予以新的定义规定它应由热力学温标导出即tT-273.15用摄氏度表示的温度差也可用“开”表示但应注意由上式所定义的摄氏温标的零点与纯水的冰点并不严格相等沸点也不严格等于100℃。华氏温度计的冰点为32度沸点为212度两【华氏温标】是经验温标之一。在美国的日常生活中多采用这种温标。规定在一大气压下水的冰点为32度沸点为212度两个标准点之间分为180等分每等分代表1度。华氏温度用字母°F表示。它与摄氏温度C和华氏温度F之间的换算关系为摄氏温标与华氏温标的各种温度计在玻璃管中根据不同的用途装有不同的液体如煤油、酒精或水银由于液体膨胀与温度之间并不严格遵守线性关系而且不同的液体和温度的非线性关系彼此也不一样由于测温物质而影响温标的准确性为此这些经验温标已在废弃之列。【国际实用温标】从准确与实用出发在1927年第七届国际计量大会上决定采用国际温标。由于科学技术不断地发展工业生产上的需要国际温标不断修改目前所采用的国际实用温标是1968年国际计量委员会对1948年国际实用温标1960年修正版作了重要修改而建立的。1968年国际实用温标选取的方法是根据它所测定的温度可紧密接近热力学温度而其差值应在目前测定准确度的极限之内。1968年国际实用温标在国际实用开耳文温度和国际实用摄氏温度之间是用符号T68和t68来加以区分的。T68和t68之间的关系是t68T68-273.15。T68和t68的单位如在热力学温度T和摄氏温度t中一样仍为开尔文符号K和摄氏度符号℃。常用的换算公式是Tt273.15。【三相点】亦称“三态点”。一般指各种稳定的纯物质处于固态、液态、气态三个相态平衡共存时的状态叫做该物质的“三相点”。该点具有确定的温度和压强。物态叫做“相”通常物质是以三种形态存在。即固态、液态、气态也可称为固相、液相、气相。物体的变化常叫做相变。或者说在某一系统中具有相同物理性质均匀的部分亦称为相。相与相间必有明显可分的界面。例如食盐的水溶液是一相若食盐水浓度大有食盐晶体即成为两相。水和食油混合是两个液相并存而不能成为一个相。又如水、冰和汽三相共存时其温度为273.16K0.01℃

压强为6.106×102帕。由于在三相点物质具有确定的温度因此用它来作为确定温标的固定点比选汽点和冰点具有优越性所以三相点这个固定温度适于作为温标的基点现在都以水的三相点的温度作为确定温标的固定点。几种物质三相点的数据__温度K/压强帕氢13.84/7038.2 氘18.63/17062.4 氖24.57/43189.2 氮63.18/12530.2 二氧化碳216.55/517204 水273.16/610.5 【绝对零度】绝对零度是根据理想气体所遵循的规律用外推的方法得到的。当温度降低到-273.15℃时气体的体积将减小到零。若用分子运动论来解释理想气体分子的平均平动动能由温度T确定则可将绝对零度与“理想气体分子停止运动时的温度”等同看待。事实上一切实际气体在温度接近-273.15℃时早已变成液态或固态它的温度趋于一个极限值这个极限值就称为绝对零度。绝对零度是温度的最低点实际上永远也不会达到的。【温度计】是测定温度的仪器之统称。利用物质的某一物理属性随温度的变化来标志温度。根据使用目的的不同已设计制造出多种温度计。其设计的依据如利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象在定容条件下气体或蒸气压强因不同温度而变化热电效应的作用电阻随温度的变化而变化以及热辐射的影响等多种。一般说任何物质的任一物理属性只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化都可用来标志温度而制成温度计。温度计的种类很多如定容气体温度计、定压气体温度计、液体水银、酒精、煤油温度计、铂电阻温度计、温差电偶温度计、辐射高温计、光测高温计等多种类型。在我国气象上常将能自动记录温度变化的仪器称“温度计”。而对无自动记录装置的测温仪器称“温度表”。【温度表】俗称“寒暑表”。我国气象上将直接能读取数值而无自动记录装置的仪器统称为温度表。其种类甚多如干湿球温度表、最低温度表、最高温度表、地面温度表等。家庭使用的温度表系常见的一种两端封闭内径均匀的毛细玻璃管。封闭的下端是圆球或圆柱形内注水银、酒精或煤油。由于温度的变化液柱升降而伸缩。根据液柱顶端所在位置即可直接读出标度数值。【水银温度计】它是利用水银热胀、冷缩的性质而制造的一种测温计。高温可以测到300多摄氏度。由于熔点关系测量-30℃以下的低温时则不能使用。制造水银温度计首先应选取壁厚、孔细而内径均匀的玻璃管经酸洗等过程使管内洁净。一端加热并吹成一个壁薄的球形或圆柱形的容器。水银是在某种特定温度下注入球形容器与玻管之中此时水银的温度应比以后所测之最高温度还要高些。然后用火焰将灌满水银玻管的顶端封闭。当水银温度降低时开始收缩于是在水银柱的上部管内出现一段真空。温度计的定标分度首先要确定两个固定标点作为永不改变的标记。将温度计液泡部分插入在一标准大气压下正在熔解的冰块中当水银柱下降至某一处稳定时刻一记号作为下固定点。然后再将温度计的整体置于处在一标准大气压下的水蒸气中当水银柱上升停在某一位置不动时作一记号为上固定点。此二固定点间的距离称为基本标距。此标距的长短与温度计的管径以及液泡的容积有关。将这段标距分成100等分每一等分即为一度。在下固定点处标0°记号在上固定点标100°记号。在熔点以下及沸点以上还可刻同样长的标度。刻在0°以下的标度称为冷度刻在0°以上的称热度。由于温度计的基本标度被均分为100等分故称百分温度计又称摄氏温度计。除摄氏温标外也有采用华氏温标的此温标以32°为冰点以212°为沸点其中等分180个刻度。华氏温度计用字母F表示。两种温标关系为水银温度计存在一定的缺点例如玻璃管的内径不可能完全相同尽管每个刻度与每个刻度之间的距离相等但由于管的内径不同则每刻度之间水银液柱的体积并不相等因而造成误差。当玻璃管内水银受热体积膨胀的同时温度计的玻璃管及液泡部分的玻璃也受热膨胀。结果所读出的只不过是水银膨胀数值与玻璃膨胀数值之间的差数而已。由于水银的凝固点-38.87℃与沸点356.7℃的关系故它的计量只能在这个范围之内可以测高温。若用以测低温则必受限制。【酒精温度计】构造与水银温度计相同唯管内装有含红色染料的酒精便于观察此种温度计是用酒精为工作物质。因酒精的沸点78℃较低凝固点在-117℃因此多用酒精温度计作测低温物质。【煤油温度计】煤油温度计的工作物质是煤油它的沸点一般高于150℃凝固点低于-30℃。所以煤油温度计的量度范围约为-30℃150℃。因酒精的沸点是78℃凝固点是

-114℃酒精温度计能比煤油温度计测更低的温度但高于78℃的温度它就不能测定了。从中学物理实验室经常要测量的温度范围来看煤油温度计比酒精温度计更适用。当学生看到温度计的刻度在100℃却不加分析地把温度计说成是酒精温度计这是错误的酒精温度达到78℃就已经沸腾了岂能有100℃的温度刻度。目前中学实验室里所用的装有红色工作物质的温度计一般都是煤油温度计而不是酒精温度计。【体温计】是测量人体温度用的温度计。亦称“体温表”或“医用温度计”。体温计的工作物质是水银。它的液泡容积比上面细管的容积大得多。泡里水银由于受到体温的影响产生微小的变化水银体积的膨胀使管内水银柱的长度发生明显的变化。人体温度的变化一般在35℃到42℃之间所以体温计的刻度通常是35℃到42℃而且每度的范围又分成为10分因此体温计可精确到1/10度。体温计的下部靠近液泡处的管颈是一个很狭窄的曲颈在测体温时液泡内的水银受热体积膨胀水银可由颈部分上升到管内某位置当与体温达到热平衡时水银柱恒定。当体温计离开人体后外界气温较低水银遇冷体积收缩就在狭窄的曲颈部分断开使已升入管内的部分水银退不回来仍保持水银柱在与人体接触时所达到的高度。体温计是一种最高温度计它可以记录这温度计所曾测定的最高温度。用后的体温计应“回表”即拿着体温计的上部用力往下猛甩可使已升入管内的水银重新回到液泡里。其他温度计绝对不能甩动这是体温计与其他液体温度计的一个主要区别。【温差电偶温度计】利用温差电偶来测量温度的温度计。将两种不同金属导体的两端分别连接起来构成一个闭合回路一端加热另一端冷却则两个接触点之间由于温度不同将产生电动势导体中会有电流发生。因为这种温差电动势是两个接触点温度差的函数所以利用这一特性制成温度计。若在温差电偶的回路里再接入一种或几种不同金属的导线所接入的导线与接触点的温度都是均匀的对原电动势并无影响通过测量温差电动势来求被测的温度这样就构成了温差电偶温度计。这种温度计测温范围很大。例如铜和康铜构成的温差电偶的测温范围在200400℃之间铁和康铜则被使用在2001000℃之间由铂和铂铑合金铑10构成的温差电偶测温可达千摄氏度以上铱和铱铑铑50可用在2300℃若用钨和钼钼25则可高达2600℃。分子物理学【分子物理学】物理学的一个学科。分子物理学从物质的微观结构的观点出发研究气体、液体和固体的基本性质及其热现象的规律。如物体的体积压强和温度之间的关系物质的比热容扩散、热传递、粘滞性等输运过程以及液体的表层性质相平衡以及简单的相变过程。【分子运动论】分子运动论是从物质的微观结构出发来阐述热现象规律的理论例如它阐明了气体的温度是分子平均平动动能大小的标志大量气体分子对容器器壁的碰撞而产生对容器壁的压强。此外它还初步揭示了气体的扩散热传递和粘滞现象的本质并解释了许多气体实验定律分子运动论的成就促进了统计物理学的进一步发展。【分子】由化学键结合起来的单个原子或一组原子它是物质中能独立存在并保持该物质一切化学性质的最小单位。例如水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成的H2O。像氯化钠那样的离子化合物并无明显的分子结构。氯化钠一般写成NaCl但氯化钠晶体事实上是由氯离子Cl-和钠离子Na有规则排列。构成物质的单位是多种多样的或是原子如金属或是离子如盐类或是分子如有机物。为了简化在中学物理中一般把构成物质的单位统称为分子。用油膜法可以粗略地测定分子的大小。分子直径的数量级是10-10米。物理学中有各种不同的方法来测定分子的大小。用不同方法测出的分子的大小并不完全相同但数量级是相符的。把分子看作小球是分子运动论中对分子的简化模型实际上分子有它复杂的内部结构。【阿伏伽德罗常数】是化学和物理学中的重要常数之一。1摩尔简称摩国际符号是mol的任何物质其中含有的粒子数相同。称为“阿伏伽德罗常数”。用“N”表示N6.022045×1023摩尔-1。此常数系意大利化学家阿伏伽德罗发现因而得名。知道阿伏伽德罗常数可算出水分子的质量mH2O3×10-26千克。阿伏伽德罗常数是微观世界的一个重要常数用分子运动论定量地研究热现象时经常要用到它它是联系宏观世界和微观世界的桥梁。这一常数将摩尔质量或摩尔体积这种宏观物理量跟分子质量或分子大小这种微观物理量联系了起来。因此阿伏伽德罗常数相当重要。上述为其精确值通常可取作

N6.02×1023摩尔-1。【阿伏伽德罗定律】又称“阿伏伽德罗假说”。由压强公式和气体分子的平均平动动能与温度的关系将得到气体压强的另一表达式PnKT。这一公式表明在相同的温度T和相同的压强P下任何气体在相同的体积内所包含的分子数都相等。这一结论叫做“阿伏伽德罗定律”。如在标准状态大气压值为标准大气压温度T为273.15K时任何气体在1米3中含有的分子数都等于2.6876×1025个/米3。这个数值就称为洛喜密脱常数。由于1摩尔的任何气体所含分子数都相等所以阿伏伽德罗定律也可表述为在相同的温度和相同的压强下1摩尔的任何气体所占有的体积都相同。这一定律仅对理想气体才严格正确。【物态】亦称“聚集态”。是物质分子集合的状态是实物存在的形式在通常条件下物质有三种不同的聚集态固态、液态和气态即平常所说的物质三态。固态和液态统称为凝聚态。它们在一定的条件下可以平衡共存也可以相互转变。例如在一个标准大气压0℃时冰、水混合物可以平衡共存当温度和压强变化时该混合物可以完全变成水或完全结成冰。除上述物质三态外近年来我们还把“等离子体”称为物质的第四态把存在于地球内部的超高压、高温状态的物质称为物质的第五态。此外还有超导态和超流态。【固体】凡具有一定体积和形态的物体称为“固体”它是物质存在的基本状态之一。组成固体的分子之间的距离很小分子之间的作用力很大绝大多数分子只能在平衡位置附近作无规则振动所以固体能保持一定的体积和形状。在受到不太大的外力作用时其体积和形状改变很小。当撤去外力的作用能恢复原状的物体称弹性体不能完全恢复的称塑性体。构成固体的粒子可以是原子、离子或分子这些粒子都有固定的平衡位置。但由于这些粒子的排列方式不同固体又可分为两类即晶体和非晶体。如果粒子的排列具有规则的几何形状在空间是三维重复排列这样的物质叫晶体如金属、食盐、金刚石等。如果组成固体的粒子杂乱堆积分布混乱这样的物质叫非晶体。如玻璃、石蜡、沥青等。晶体有一定的熔点而非晶体却没有固定的熔解温度。非晶体的熔解和凝固过程是随温度的改变.