热学 绪论

二、科学成就 阿伏伽德罗毕生致力于化学和物理学中关于 原子论的研究。当时由于道耳顿和盖-吕萨克的工 道耳顿和盖 原子论的研究。当时由于道耳顿和盖 吕萨克的工 作，近代原子论处于开创时期，阿伏伽德罗从盖近代原子论处于开创时期，阿伏伽德罗从盖 吕萨克定律得到启发， 吕萨克定律得到启发，于1811年提出了一个对近代 年提出了一个对近代 科学有深远影响的假说： 科学有深远影响的假说：在相同的温度和相同压 强条件下， 强条件下，相同体积中的任何气体总具有相同的 分子个数。但他这个假说却长期不为科学界所接 分子个数。 受，主要原因是当时科学界还不能区分分子和原 同时由于有些分子发生了离解， 子，同时由于有些分子发生了离解，出现了一些 阿伏伽德罗假说难以解释的情况。直到1860年， 阿伏伽德罗假说难以解释的情况。直到 年 阿伏伽德罗假说才被普遍接受， 称为阿伏伽德 阿伏伽德罗假说才被普遍接受，后称为阿伏伽德 罗定律。它对科学的发展， 罗定律。它对科学的发展，特别是原子量的测定 工作，起了重大的推动作用。 工作，起了重大的推动作用。
绪 论
一、热学
热学是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种 规律的科学。 规律的科学。 热学与力学、电磁学及光学一起被称为经典物理四大柱石。 热学与力学、电磁学及光学一起被称为经典物理四大柱石。
二、热学研究对象的特征： 热学研究对象的特征：
宏观物质，由大量微观粒子组成，微观粒子（例如分 宏观物质，由大量微观粒子组成，微观粒子（ 原子等）都处于永不停息的无规则热运动中。 子、原子等）都处于永不停息的无规则热运动中。 正是大量微观粒子的无规热运动， 正是大量微观粒子的无规热运动，才决定了宏观物 质的热学性质。 质的热学性质。 热物理学研究的是由数量很大很大的大数 大数微观粒子 热物理学研究的是由数量很大很大的大数微观粒子 所组成的系统。 所组成的系统。 热学研究对象的这一特点决定了它有宏观与微观两 种不同的描述方法。 种不同的描述方法。
三、趣闻轶事 淡泊名誉，埋头研究的人。 淡泊名誉，埋头研究的人。 阿伏伽德罗一生从不埋头于科学研究工作中， 默地埋头于科学研究工作中，并从中获得了极大 的乐趣。 的乐趣。 阿伏伽德罗早年学习法律，又做过地方官吏， 阿伏伽德罗早年学习法律，又做过地方官吏， 后来受兴趣指引，开始学习数学和物理， 后来受兴趣指引，开始学习数学和物理，并致力 于原子论的研究，他提出的分子假说， 于原子论的研究，他提出的分子假说，促使道尔 顿原子论发展成为原子——分子学说。使人们对 分子学说。 顿原子论发展成为原子 分子学说 物质结构的认识推进了一大步。但遗憾的是， 物质结构的认识推进了一大步。但遗憾的是，阿 伏伽德罗的卓越见解长期得不到化学界的承认， 伏伽德罗的卓越见解长期得不到化学界的承认， 反而遭到了不少科学家的反对， 反而遭到了不少科学家的反对，被冷落了将近半 个世纪。 个世纪。
1、热力学
热力学是热物理学的宏观理论， 热力学是热物理学的宏观理论，它从对热现象的直接 观察和实验测量所总结出来的普适的基本定律出发， 观察和实验测量所总结出来的普适的基本定律出发，应用 数学方法，通过逻推理及演绎， 数学方法，通过逻推理及演绎，得出物质各种宏观性质之 间关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。 间关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。 热力学是具有最大普遍性的一门科学， 热力学是具有最大普遍性的一门科学，因为它不提出任何 一个特殊模型，但它又可应用于任何的宏观的物质系统” 一个特殊模型，但它又可应用于任何的宏观的物质系统”. 热力学的局限性： 热力学的局限性： 它只适用于粒子数很多的宏观系统； （1）它只适用于粒子数很多的宏观系统； 它主要研究物质在平衡态下的性质. （2）它主要研究物质在平衡态下的性质. 它不能解答系 统如何从非平衡态进入平衡态的过程； 统如何从非平衡态进入平衡态的过程； 它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。 （3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。它 只能说明应该有怎样的关系， 只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么有这种基 本关系。要解释原因，须从物质微观模型出发， 本关系。要解释原因，须从物质微观模型出发，利用分子 动理论或统计力学的方法予以解决。 力学的方法予以解决 动理论或统计力学的方法予以解决。
由于不采纳分子假说而引起的混乱在当时的化学 领域中非常严重，各人都自行其事， 领域中非常严重，各人都自行其事，碳的原子量 有定为6的 也有定为12的 有定为 的，也有定为 的，水的化学式有写成 HO的，也有写成 2O的，醋酸的化学式竟有 种 的 也有写成H 的 醋酸的化学式竟有19种 之多。当时的杂志在发表化学论文时， 之多。当时的杂志在发表化学论文时，也往往需 要大量的注释才能让人读懂。一直到了近50年之 要大量的注释才能让人读懂。一直到了近 年之 后，德国青年化学家迈耶尔认真研究了阿伏伽德 罗的理论， 年出版了《 罗的理论，于1864年出版了《近代化学理论》一 年出版了 近代化学理论》 许多科学家从这本书里， 书。许多科学家从这本书里，懂得并接受了阿伏 伽德罗的理论，才结束了这种混乱状况。 伽德罗的理论，才结束了这种混乱状况。 人们为了纪念阿伏伽德罗， 人们为了纪念阿伏伽德罗，把1摩尔任何物质 摩尔任何物质 中含有的微粒数N 中含有的微粒数 0=6.02×1023mol-1，称为阿伏伽 × 德罗常数。 德罗常数。
阿伏伽德罗 一、生平简介 阿伏伽德罗(Ameldeo Arogadro 1776～1856) 阿伏伽德罗 ～ 意大利自然科学家。 意大利自然科学家。1776年8月9日生于都灵的一 年 月 日生于都灵的一 个贵族家庭，早年致力于法学工作。 个贵族家庭，早年致力于法学工作。1796年得法 年得法 学博士后曾任地方官吏。他从1800年起开始自学 学博士后曾任地方官吏。他从 年起开始自学 数学和物理学。 年发表了第一篇科学论文。 数学和物理学。1803年发表了第一篇科学论文。 年发表了第一篇科学论文 1809年任末尔利学院自然哲学教授。1820年都灵 年任末尔利学院自然哲学教授。 年任末尔利学院自然哲学教授 年都灵 大学设立了意大利的第一个物理讲座， 大学设立了意大利的第一个物理讲座，他被任命 为此讲座的教授， 年由于政治上的原因， 为此讲座的教授，1822年由于政治上的原因，这 年由于政治上的原因 个讲座被撤销，直到1832年才恢复，1833年阿伏 个讲座被撤销，直到 年才恢复， 年阿伏 年才恢复 伽德罗重新担任此讲座的教授，直到1850年退休。 年退休。 伽德罗重新担任此讲座的教授，直到 年退休 1856年7月9日在阿伏伽德罗在都灵逝世。终年 日在阿伏伽德罗在都灵逝世。 年 月 日在阿伏伽德罗在都灵逝世 终年80 岁。
三、描述方法
在粒子数足够多的情况下， 在粒子数足够多的情况下，大数粒子作为一个整 存在着统计相关性， 体，存在着统计相关性，这种相关性迫使这个集体要遵 从一定的统计规律。 从一定的统计规律。 对大数粒子统计所得的平均值就是平衡态系统的宏 观可测定的物理量。 观可测定的物理量。 系统的粒子数越多，统计规律的正确程度也越高。 系统的粒子数越多，统计规律的正确程度也越高。 相反， 相反，粒子数少的系统的统计平均值与宏观可测定量之 间的偏差较大，有时甚至失去它的实际意义。 间的偏差较大，有时甚至失去它的实际意义。 因此， 热学有宏观描述方法（ 热力学方法) 因此 ， 热学有宏观描述方法 （ 热力学方法 ) ） 与微 观描述方法（统计物理学的方法）之分。 观描述方法（统计物理学的方法）之分。 它们分别从不同角度去研究问题，自成独立体系， 它们分别从不同角度去研究问题 ，自成独立体系， 相互间又存在千丝万缕的联系。 相互间又存在千丝万缕的联系。
2、统计物理学
统计物理学则是热物理学的微观描述方法， 统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质 由大数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法， 由大数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把 宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定, 宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定,由 此找出微观量与宏观量之间的关系。 此找出微观量与宏观量之间的关系。 微观描述方法的局限性在于它在数学上常遇到很大的 困难，由此而作出简化假设（微观模型） 困难，由此而作出简化假设（微观模型）后所得到的理论 结果常与实验不能完全符合。 结果常与实验不能完全符合。 统计物理学包括： 统计物理学包括： 包括 气体分子运动论、统计力学、涨落现象理论。 气体分子运动论、统计力学、涨落现象理论。 本课程主要讨论： 本课程主要讨论： （1）热力学基础； 热力学基础； 统计物理学的初步知识（以分子动理论为主）； （2）统计物理学的初步知识（以分子动理论为主）；