热学教程绪论
热学
（第二版）电子教案 杨体强 编
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版
1
绪论
2
一、热学的研究对象
热学是物理学的一个重要组成部分，是研究热现象的理论。
热学研究的对象是含有大量微观粒子、体积有限的宏观物体。
所谓微观粒子， 是指线度在10-9～10-10 m大小的客体，诸如 分子、原子等，在热学中一般统称为分子或微观粒子。
NA 6.021023个 / mol
阿伏伽德罗常量
标准状态下，单位体积内的分子数：
n0
6.02 1023 22.4 103
m-3 2.7 1025
m-3
洛施密特常量
宇宙现今的年龄约为137亿年（1.6×1010年）
1年 =365×24×6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ×60秒≈3.1×107秒
宇宙年龄（秒）：
1.37×1010×3.1×107秒≈4.9×1017秒
计物理学。
8
热力学对热现象给出普遍和可靠的结果，并可用以验证微观理论 的正确性。
热力学方法的局限性
不能给出决定宏观热现象的微观实质。只能说明描述宏观热现 象物理量之间是怎样的关系，而不能说明为什么有这样的关系。
统计物理学能够深入热现象的本质，使热力学理论获得更深刻 的意义，给出宏观观测量的微观决定因素。
所谓宏观物体，是指在尺度上远比分子大得多的物体。例如，一 定量的气体，一定体积的液体、固体以及一个生物体等都可视为热 力学系统。对于少量粒子组成的系统或像宇宙这样无限大的系统， 就不是热力学研究的对象。
热学研究的对象被称为热力学系统或热力学体系，简称系统或体 系。
系统以外的其它部分称为外界。
3
系统含有大量微观粒子是怎样的“大” 一摩尔物质含有的分子数：
系统
外界的物质、能量
6
2.热学的研究内容
热学研究有关物质的热运动以及热现象的规律。 什么是热运动
组成宏观物体的大量微观粒子(分子、原子等)不停地进行着 的无规则运动。
什么是热现象
与温度有关的物理性质的变化。 热现象：是热运动的宏观表现。
热运动：是热现象的微观实质。
7
二、热学的研究方法
热力学系统不同于其他系统的一个特点是，它必须是由大量微观 粒子组成的一个整体。
5
1.热力学系统的分类
通常情况下，系统和外界之间总存在着某种形式的相互作用，包括 物质和能量的交换。根据相互作用形式，可将系统进行分类。
孤立系统： 与外界既不交换物质又不交换能量的系统。
系统
外界的物质、能量
封闭系统： 与外界不交换物质但可交换能量的系统。
系统
外界的能量
开放系统： 与外界既交换物质又交换能量的系统。
微观描述方法的局限性
它在数学计算遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型） 后所得的理论结果常与实验不能完全符合。
热力学和统计物理学，在对热现象的研究上，起到了相辅相成
的作用。
9
第一章 温度 第二章 气体分子动理论的基本概念 第三章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律 第四章 气体内的输运过程 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 第七章 固体 第八章 液体 第九章 相变
针对热力学系统是由大量微观粒子组成这一个特点，热学研究在 方法上也有鲜明的特点，即有宏观描述和微观描述两种方法。
宏观描述——热力学方法
由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论， 叫做热力学。
微观描述——统计物理学方法
从物质的微观结构出发，即从分子、原子的运动及它们之间的
相互作用出发，用统计的方法研究热现象的规律。这个理论叫做统
4
假如有一个“超人”，他从宇宙大爆炸那一刻起与宇宙同时诞生， 直到今天仍然健在，若他能够每秒钟数10个分子，则从他诞生时刻 数到现今，共数的分子数是
10×4.9×1017 = 4.9×1018个分子
分子的物质的量
4.9 1018 6.02 1023
8.1104
mol
即在137亿年中,分秒不间断地数,到目前数出万分之八点一摩尔。
10
（第二版）电子教案 杨体强 编
高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 出版
1
绪论
2
一、热学的研究对象
热学是物理学的一个重要组成部分，是研究热现象的理论。
热学研究的对象是含有大量微观粒子、体积有限的宏观物体。
所谓微观粒子， 是指线度在10-9～10-10 m大小的客体，诸如 分子、原子等，在热学中一般统称为分子或微观粒子。
NA 6.021023个 / mol
阿伏伽德罗常量
标准状态下，单位体积内的分子数：
n0
6.02 1023 22.4 103
m-3 2.7 1025
m-3
洛施密特常量
宇宙现今的年龄约为137亿年（1.6×1010年）
1年 =365×24×6ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ×60秒≈3.1×107秒
宇宙年龄（秒）：
1.37×1010×3.1×107秒≈4.9×1017秒
计物理学。
8
热力学对热现象给出普遍和可靠的结果，并可用以验证微观理论 的正确性。
热力学方法的局限性
不能给出决定宏观热现象的微观实质。只能说明描述宏观热现 象物理量之间是怎样的关系，而不能说明为什么有这样的关系。
统计物理学能够深入热现象的本质，使热力学理论获得更深刻 的意义，给出宏观观测量的微观决定因素。
所谓宏观物体，是指在尺度上远比分子大得多的物体。例如，一 定量的气体，一定体积的液体、固体以及一个生物体等都可视为热 力学系统。对于少量粒子组成的系统或像宇宙这样无限大的系统， 就不是热力学研究的对象。
热学研究的对象被称为热力学系统或热力学体系，简称系统或体 系。
系统以外的其它部分称为外界。
3
系统含有大量微观粒子是怎样的“大” 一摩尔物质含有的分子数：
系统
外界的物质、能量
6
2.热学的研究内容
热学研究有关物质的热运动以及热现象的规律。 什么是热运动
组成宏观物体的大量微观粒子(分子、原子等)不停地进行着 的无规则运动。
什么是热现象
与温度有关的物理性质的变化。 热现象：是热运动的宏观表现。
热运动：是热现象的微观实质。
7
二、热学的研究方法
热力学系统不同于其他系统的一个特点是，它必须是由大量微观 粒子组成的一个整体。
5
1.热力学系统的分类
通常情况下，系统和外界之间总存在着某种形式的相互作用，包括 物质和能量的交换。根据相互作用形式，可将系统进行分类。
孤立系统： 与外界既不交换物质又不交换能量的系统。
系统
外界的物质、能量
封闭系统： 与外界不交换物质但可交换能量的系统。
系统
外界的能量
开放系统： 与外界既交换物质又交换能量的系统。
微观描述方法的局限性
它在数学计算遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型） 后所得的理论结果常与实验不能完全符合。
热力学和统计物理学，在对热现象的研究上，起到了相辅相成
的作用。
9
第一章 温度 第二章 气体分子动理论的基本概念 第三章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律 第四章 气体内的输运过程 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 第七章 固体 第八章 液体 第九章 相变
针对热力学系统是由大量微观粒子组成这一个特点，热学研究在 方法上也有鲜明的特点，即有宏观描述和微观描述两种方法。
宏观描述——热力学方法
由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论， 叫做热力学。
微观描述——统计物理学方法
从物质的微观结构出发，即从分子、原子的运动及它们之间的
相互作用出发，用统计的方法研究热现象的规律。这个理论叫做统
4
假如有一个“超人”，他从宇宙大爆炸那一刻起与宇宙同时诞生， 直到今天仍然健在，若他能够每秒钟数10个分子，则从他诞生时刻 数到现今，共数的分子数是
10×4.9×1017 = 4.9×1018个分子
分子的物质的量
4.9 1018 6.02 1023
8.1104
mol
即在137亿年中,分秒不间断地数,到目前数出万分之八点一摩尔。
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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。
第一节课 热学导论
17
卡诺明白指出热不是一种物质而是一种能量的形式， 虽然他是最早有热力学能量守恒概念的人，但由于 晚了近五十年，其间又有梅耶（Julius Robert Mayer, 1814-1878）和焦耳提出功能互换的原理， 故一般都不把卡诺视为能量守恒定律的创始人，况 且在一八七八年时，第一定律和第二定律皆已完成 了。
焦耳奠定热力学基础
英国物理学家焦耳奠定了「能量守恒定律」，
为热力学的发展确立基础，同时，其理论亦 造就了冷冻系统的发展，改善了普罗大众的 生活素质。
他是第一位研究热能、机械能与电能的相互
关系的科学家，也是第一位发现气体自由膨 胀时四周温度会随之下降的科学家。
20
焦耳James Prescott Joule (1818-1889)花了 将近四十年的时间来证明功转换成热时，功和所产生热的比是 一个恒定的值 ，即热功当量 。 The
权威的皇家学会的新年致辞中，发表了题 为〈笼罩在热和光的动力理论上的十九世 纪之云〉的著名演讲，他认为物理世界晴 空万里，动力理论（dynamic）可以解释一 切物理问题；唯有两个小问题：即以太理 论和黑体辐射理论 ，尚待解决。
30
第四个阶段：二十世纪三○年代至今
这个时期主要是由于量子力学的引进而建立
9
一七八九年出生于美国后到英国又到德国而受封的伦福伯 爵（Count Rumford）（原名Benjamin Thompson）在慕 尼黑兵工厂监督大炮钻孔，发现热是因摩擦而产生，因而 断言，热不是物质而是来自运动。
10
一七九九年英国化学家，即后来的首任皇家研究院 院长戴维（Sir Humphry Davy）在维持冰点的真空 容器中进行摩擦的实验，发现即使是两块冰相互摩 擦也有些冰熔化成水，所以他认为摩擦引起物体微 粒的振动，而这种振动就是热。
卡诺明白指出热不是一种物质而是一种能量的形式， 虽然他是最早有热力学能量守恒概念的人，但由于 晚了近五十年，其间又有梅耶（Julius Robert Mayer, 1814-1878）和焦耳提出功能互换的原理， 故一般都不把卡诺视为能量守恒定律的创始人，况 且在一八七八年时，第一定律和第二定律皆已完成 了。
焦耳奠定热力学基础
英国物理学家焦耳奠定了「能量守恒定律」，
为热力学的发展确立基础，同时，其理论亦 造就了冷冻系统的发展，改善了普罗大众的 生活素质。
他是第一位研究热能、机械能与电能的相互
关系的科学家，也是第一位发现气体自由膨 胀时四周温度会随之下降的科学家。
20
焦耳James Prescott Joule (1818-1889)花了 将近四十年的时间来证明功转换成热时，功和所产生热的比是 一个恒定的值 ，即热功当量 。 The
权威的皇家学会的新年致辞中，发表了题 为〈笼罩在热和光的动力理论上的十九世 纪之云〉的著名演讲，他认为物理世界晴 空万里，动力理论（dynamic）可以解释一 切物理问题；唯有两个小问题：即以太理 论和黑体辐射理论 ，尚待解决。
30
第四个阶段：二十世纪三○年代至今
这个时期主要是由于量子力学的引进而建立
9
一七八九年出生于美国后到英国又到德国而受封的伦福伯 爵（Count Rumford）（原名Benjamin Thompson）在慕 尼黑兵工厂监督大炮钻孔，发现热是因摩擦而产生，因而 断言，热不是物质而是来自运动。
10
一七九九年英国化学家，即后来的首任皇家研究院 院长戴维（Sir Humphry Davy）在维持冰点的真空 容器中进行摩擦的实验，发现即使是两块冰相互摩 擦也有些冰熔化成水，所以他认为摩擦引起物体微 粒的振动，而这种振动就是热。
热学第一章 绪 论
热学理论的应用 （物性学）
1、实际气体、液体、 固体的基本性质； 2、一级相变特征及 基本规律。
三 教学要求
❖ 平时成绩+期中+期末考试
第一章：温度
§1 .平衡态 状态参量
一、热力学系统
热力学系统（简称系统）：被确定为研究对象的物体 或物体系，或热学所研究的对象。
外界：系统边界外部
孤立系统：与外界既不交换物质又不交换能量的系统
瑞典人摄尔修斯于1742年改进了华伦海特温度 计的刻度，他把水的沸点定为0度，把水的冰点 定为100度。
后来他的同事施勒默尔把两个温度点的数值又 倒过来，
就成了现在的百分温度，即摄氏温标，
用°C表示。
tF＝(9/5)tC+32， 或tC＝(5／9)(tF －32)。
英、美国家多用华氏温标， 世界科技界和工农业生产中，及中国、法国等 大多数国家则多用摄氏温标。
特点：热物理学研究的是由数量很大的微观粒子所 组成的系统。
研究方法：
1、宏观描述方法：热力ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ方法
热力学：由观察和实验总结出来的热现象规律，构成 热现象的宏观理论。 宏观法的优点：
观察和实验总结出来的普适定律，加以数学和逻 辑推理，具有可靠性与普遍性。 热力学的局限性：
1）它只适用于粒子数很多的宏观系统； 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； 3）它把物质看成为连续体，不考虑物质的微观结构
❖ 1860年，麦克斯韦发表了《气体动力论的说 明》，第一次用概率的思想，建立了麦克斯韦 分子速率分布律。
❖ 波尔兹曼在麦氏速率分布率的基础上，引入重力 场对分子运动的影响，建立了更全面的玻尔兹曼 分布律，并给于熵以统计意义。
2012级热学第一章1
后续可以看到：
如果在系统内各部分之间都同时达到力学平衡、 热平衡、化 学平衡和相平衡，便不会出现能量流动和物质流动，宏观性 质也一定不随时间变化，系统才处于热动平衡态。 这四种平衡只要有一种未达到，系统则是在非平衡态。
3. 关于平衡态的几点说明
（1）实际系统都要或多或少地受到外界影响，不受外
界影响的孤立系统，是一个理想化的概念； （2）系统处于平衡态时宏观性质不随时间变化，但组成 系统的大量粒子还在不停地运动着，只是这些运动的平 均效果不变而已。因此热力学平衡态又称热动平衡； （3）处于平衡态的系统，其宏观性质会发生一些起伏变 化，叫涨落。一般宏观物质系统的涨落很小，在热力学 的范围内将其忽略不予考虑； （4）弛豫时间的概念。
二、状态参量 1、状态参量 力学中质点的运动状态用位移、速度来描述。 热学中的平衡态有确定的宏观性质，也必须用 确定的物理量来描述。 状态参量：用来描述平衡态的宏观变量。
那么如何用状态参量来描述平衡态呢？
举例：如果讨论的是混合气体，首先需要P,V两个 力学参量和几何参量，还需要一个描述系统化学成分 的参量，如不同成分的质量或者摩尔数等，称为化学
图示为液体温度计。
温度计
定容气体温度计 定压气体温度计 电阻温度计 热电偶温度计 液体温度计
测温属性
压强 体积 电阻 热电动势 液柱长度
§1-4 物态方程
一、物态方程
热力学系统的平衡态可以用几何参量、力学参量、
化学参量和电磁参量描述。并在一定的平衡态，这四类
参量都具有一定的数值。同时在一定的平衡态，热力学
下面先导出具有固定质量的理想气体，其任意两个平衡态
I( p1 ,V1 , T1 )
和
初始 中间 终了
热学绪论70102
M
摩尔气体常量 R 8.31J mol 1 K1
pV N RT NA
n N /V
玻尔兹曼常数
k R 1.381023J K1 NA
p nkT
7-2 物质的微观模型 统计规律性
一.分子动理论的基本观点——物质的微观模型
1.宏观物体是由大量分子组成的。
现代的仪器已可以观察和测量分子或原子的大 小以及它们在物体中的排列情况, 例如 X 光分析仪, 电子显微镜, 扫描隧道显微镜等.
对于由大 量分子组成的 热力学系统从 微观上加以研 究时，必须用 统计的方法 .
小球在伽 尔顿板中的分 布规律 .
............ ........... ............ ........... ............ ........... ............
精品课件！
研究对象
热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无 规运动 .
研究对象特征
单个分子 — 无序、具有偶然性、遵循力学规律.
整体（大量分子）— 服从统计规律 .
量）微，观如量分：子描的述m个, v别等分.子运动状态的物理量（不可直接测
宏观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）,
如 p,V ,T 等 .
Ni N
i 概率 粒子在第 格中
出现的可能性大小 .
归一化条件
i
i
Ni iN
1
利用扫描隧道显微 镜技术把一个个原子排 列成 IBM 字母的照片.
对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加 以研究时, 必须用统计的方法.
分子的数密度
阿伏伽德罗常数： NA 6.022 1023 mol1
《热学》教学大纲
《热学》教学大纲一、课程基本信息课程名称：热学课程类别：专业基础课课程学分：＿____课程总学时：＿____授课对象：＿____二、课程教学目标通过本课程的学习，使学生系统地掌握热学的基本概念、基本规律和基本方法，了解热学在物理学中的地位和作用，培养学生的科学思维能力和创新能力，为后续课程的学习和从事相关领域的研究工作打下坚实的基础。
具体目标包括：1、使学生理解热学中的基本概念，如温度、热量、内能、熵等。
2、掌握热力学定律，包括热力学第一定律、热力学第二定律，并能够运用这些定律分析和解决实际问题。
3、了解气体动理论的基本内容，能够运用气体动理论解释气体的宏观性质。
4、培养学生的科学思维方法和创新能力，提高学生分析和解决问题的能力。
三、课程教学内容与要求（一）绪论1、热学的研究对象和研究方法介绍热学的研究对象，包括热现象的宏观规律和微观本质。
阐述热学的两种研究方法：热力学方法和统计物理学方法。
2、热学的发展简史简述热学发展的几个重要阶段，如热力学第一定律和第二定律的建立。
（二）温度1、平衡态与状态参量解释平衡态的概念和特点。
介绍描述系统状态的常用参量，如压强、体积、温度等。
2、温度的概念定义温度的概念，说明温度是表征物体冷热程度的物理量。
引入热力学温标和摄氏温标，并介绍它们之间的换算关系。
3、理想气体温标讲解理想气体温标的建立过程。
说明理想气体温标与热力学温标的一致性。
（三）热力学第一定律1、功、热量和内能介绍功的概念和计算方法。
解释热量的概念和热传递的方式。
定义内能的概念，说明内能是系统状态的函数。
2、热力学第一定律阐述热力学第一定律的内容和表达式。
举例说明热力学第一定律在实际问题中的应用。
3、热容定义热容的概念，介绍定容热容和定压热容。
推导理想气体的定容热容和定压热容的表达式。
（四）热力学第二定律1、热力学第二定律的两种表述介绍克劳修斯表述和开尔文表述。
说明两种表述的等价性。
2、卡诺定理讲解卡诺定理的内容和意义。
《热学教程》第2 章 热力学第一定律
内能是状态函数，与系统的始、末状态有关
11
系统的内能微观解释
分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能···
过程中保持不变的能量不必计入内能
核能 ～ 106 eV， 分子原子结合能 ～ 1eV 1eV 热能相当温度～ 104 K 温度不太高时，不考虑分子内部原子结合能，核能···。 理想气体内能只与温度有关
第2 章 热力学第一定律
§2.1 热力学系统的过程
热力学系统：大量分子组成的宏观物质系统。
当系统的状态随时间变化时，我们 就说系统在经历一个热力学过程， 简称过程。
例如，在推进活塞压缩汽缸内的气体时， 气体的体积，密度，温度或压强都将变化， 在过程中的任意时刻，气体各部分的密度， 压强，温度都不完全相同。此过程叫非静 态过程
气体 真空 水
实验结果： 水温不变
验证了理想气体的内能与体积无关,只与温度有关。
但水的热容比气体的大得多，焦耳实验中气体温度
变化不易测出。
二 理想气体的热容
1. 热容 摩尔热容
设系统温度升高 dT ，所吸收的热量为dQ
系统的热容：
C
dQ dT
单位：J/K
1)、定体热容
CV
dQ dT V
（体积不变）
当气体作准静态压缩或膨胀时，若活塞与汽缸无摩
擦，外界的压强Pe必等于此时气体的压强P，否则系统
在有限压差作用下，将失去平衡，变为非静态过程。
Pe
P
4
准静态过程可用状态曲线表示
P
等压过程 等 体 过 程
0
V
§2-2 功 气体无摩擦准静态膨胀的功:
dl
f =pS
P 1
pV S
2
11
系统的内能微观解释
分子热运动的动能 分子间势能 分子内部原子结合能，核能···
过程中保持不变的能量不必计入内能
核能 ～ 106 eV， 分子原子结合能 ～ 1eV 1eV 热能相当温度～ 104 K 温度不太高时，不考虑分子内部原子结合能，核能···。 理想气体内能只与温度有关
第2 章 热力学第一定律
§2.1 热力学系统的过程
热力学系统：大量分子组成的宏观物质系统。
当系统的状态随时间变化时，我们 就说系统在经历一个热力学过程， 简称过程。
例如，在推进活塞压缩汽缸内的气体时， 气体的体积，密度，温度或压强都将变化， 在过程中的任意时刻，气体各部分的密度， 压强，温度都不完全相同。此过程叫非静 态过程
气体 真空 水
实验结果： 水温不变
验证了理想气体的内能与体积无关,只与温度有关。
但水的热容比气体的大得多，焦耳实验中气体温度
变化不易测出。
二 理想气体的热容
1. 热容 摩尔热容
设系统温度升高 dT ，所吸收的热量为dQ
系统的热容：
C
dQ dT
单位：J/K
1)、定体热容
CV
dQ dT V
（体积不变）
当气体作准静态压缩或膨胀时，若活塞与汽缸无摩
擦，外界的压强Pe必等于此时气体的压强P，否则系统
在有限压差作用下，将失去平衡，变为非静态过程。
Pe
P
4
准静态过程可用状态曲线表示
P
等压过程 等 体 过 程
0
V
§2-2 功 气体无摩擦准静态膨胀的功:
dl
f =pS
P 1
pV S
2
热学-绪论
10×4.9×1017 = 4.9×1018个分子
分子的物质的量
4.9 1018 6.02 1023
8.1104
mol
即在137亿年中,分秒不间断地数,到目前数出万分之八点一摩尔。
4
1.热力学系统的分类
通常情况下，系统和外界之间总存在着某种形式的相互作用，包括 物质和能量的交换。根据相互作用形式，可将系统进行分类。
热力学方法的局限性
不能给出决定宏观热现象的微观实质。只能说明描述宏观热现 象物理量之间是怎样的关系，而不能说明为什么有这样的关系。
统计物理学能够深入热现象的本质，使热力学理论获得更深刻 的意义，给出宏观观测量的微观决定因素。
微观描述方法的局限性
它在数学计算遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型） 后所得的理论结果常与实验不能完全符合。
宏观描述——热力学方法
由观察和实验总结出来的热现象规律，构成热现象的宏观理论， 叫做热力学。
微观描述——统计物理学方法
从物质的微观结构出发，即从分子、原子的运动及它们之间的
相互作用出发，用统计的方法研究热现象的规律。这个理论叫做统
计物理学。
7
热力学对热现象给出普遍和可靠的结果，并可用以验证微观理论 的正确性。
mHale Waihona Puke 3洛施密特常量宇宙现今的年龄约为137亿年（1.6×1010年）
1年 =365×24×60×60秒≈3.1×107秒
宇宙年龄（秒）：
1.37×1010×3.1×107秒≈4.9×1017秒
3
假如有一个“超人”，他从宇宙大爆炸那一刻起与宇宙同时诞生， 直到今天仍然健在，若他能够每秒钟数10个分子，则从他诞生时刻 数到现今，共数的分子数是
热学教案(第一章)
2010级物理学专业
热学学习内容 第1章 导论
第四章 热力学第一定律 §4.1 可逆与不可逆过程 §4.2 功和热量 §4.3 热力学第一定律 §4.4 热容与焓 §4.5 第一定律对气体的应用 §4.6 热机
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热学学习内容 第1章 导论
第五章 热力学第二定律与熵 §5.1第二定律的表述及其实质 §5.2 卡诺定理
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第1章
导论
1.1.2 宏观描述方法与微观描述方法 热力学：研究热现象宏观规律的科学。 1.热力学系统 (1)热力学系统:在热学中，被确定为研究对象 的物体或物体系（由大量微观粒子组成）
(2)外界：在系统边界外部与系统发生相互作 用，从而对系统的状态直接产生影响的物质。
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第1章
1.3.2 热力学第零定律 1.绝热壁和导热壁 例：A、B为热接触。 如 A、B各自独立变 化，此隔板为绝热壁；
导论
壁 A B
如 A、B相互影响，此板为透热壁。
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第1章
2.热力学第零定律 (1)实验：
导论
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第1章
导论
(2)热力学第零定律:在不受外界影响条件下， 只要A、B同时和C处于热平衡，即使A和B没 有热接触它们仍然处于热平衡状态。 3.热力学第零定律的物理意义 (1)热力学第零定律给出了互为热平衡状态的 系统的共同特征：温度相同。
第1章
导论
(3)孤立系统：与外界不发生物质或能量交换 的系统。 (4)封闭系统：不与外界发生物质交换的系统。 (5)开放系统：与外界既有物质交换，又有能 量交换的系统。 2.热力学系统的宏观描述与微观描述 (1)热现象的分类
第一章 绪论
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1.2.2状态与状态函数 状态性质的分类： 几何性质：体积、面积 力学性质：压力、表面张力、密度 电磁性质：电流、磁场强度 化学性质：摩尔数、摩尔分数
热力学性质：温度、熵、内能、焓、亥姆霍兹自由 能、吉布斯自由能
对于组成不变的均相封闭系统（简单可压缩系） 来说，两个独立的变量就可以确定系统的状态。
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1.1.2热力学的发展史
1.1.2 热力学的发展史
科学予以知识，而历史予以智慧！一门科学的历史，
是那门科学中最宝贵的部分。
热力学发展史，约可分成四个阶段：
第一个阶段： 17世纪末到19世纪中叶
此时期累积了大量的实验与观察的结果，并制造出 蒸气机，对于“热”的本质展开研究与争论。在19世纪 前半叶，首先出现了卡诺理论，热机理论（第二定律的 前身）和功热互换的原理（第一定律的基础）。
概括出的热力学第一、第二定律为基础，引出热力学能、
焓、熵、亥姆赫兹函数、吉布斯函数，加上P、V、T等可
直接测定的宏观量作为系统的宏观性质，经过归纳与演绎 推理，得到一系列热力学公式、结论，用来解决物质变化 过程的能量平衡、相平衡和反应平衡等问题。
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1.1.3热力学的研究方法
宏观热力学的特点：不涉及物质内部粒子的微观结 构，只涉及物质系统前后状态的宏观性质。
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1.2.4过程与途径 非静态过程不能用状态图上的一条实曲线来表示，为了
研究的方便，我们可以用一条虚线来表示它，但是该曲线没
有其他的任何意义。
P
A
非静态过程
B
o
V
准静态过程是一种理想的极限，但作为热力学的基础，我 们要着重研究它。
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1.2.4过程与途径
典型的几种过程：