理想气体状态方程——清华大学物理

第二篇热学

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目录

概述

第1章理想气体状态方程

第章分子动理论

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第3章热力学第一定律

第4章热力学第二定律

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概述

一.热学的研究对象

•冷热---温度

•与温度有关的物理规律

•热学的意义：1)大量存在2)能量转化

对象的特征：大量无规运动的粒子组成

超人与宇宙同时出生(150亿年前)

每秒数10个分子

数到现在才数了10-7mol

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地球上全部大气约有1044个分子

一个人每次呼吸气体大约是1022个分子

比值接近个摩尔的数值

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有什么关系吗？

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二.研究热现象的两大分支

1. 热力学

2. 统计物理

宏观微观

实验能量可靠理论模型

相辅相成、相互补充

普物的任务开门、见识物理的绿洲

经典粒子牛顿力学规律先经典、后量子量子粒子量子力学规律概念、方法相通

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第一气体分子系统的统计分布

•统计物理的基本思想

宏观上的一些物理量是组成系统的大量分子进行无规运动的一些微观量的统计平均值

宏观量

实测的物理量如等

P T E

微观量无法直接测量的量

组成系统的粒子(分子、原子、或其它)

的质量、动量、能量等等

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解决问题的一般思路

统计的方法•从单个粒子的行为出发

•大量粒子的行为---统计规律

例如：微观认为宏观量P

是大量粒子碰壁的平均作用力

模式：假设结论验证修正理论

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一个粒子的多次行为

统计方法：

结果相同

多个粒子的一次行为

如：掷硬币看正反面出现的比例

比例接近1/2

统计规律性：

•大量随机事件从整体上表现出来的规律性

量必须很大

•统计规律性具有涨落性质

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飞镖

分布曲线

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什么叫统计规律？

在一定的宏观条件下大量偶然事件在整体上表现出确定的规律

统计规律必然伴随着涨落

什么叫涨落？

对统计规律的偏离现象

涨落有时大有时小有时正有时负

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涨落的百分比：

N

N ∆6

涨落幅度1000如10

∆=N 涨落百分比

1000

1什么概念呢？

某次测量落在这个区间的分子数是：

1001000

999000−−11

1∆=N 如果在这个区间的分子数是：

涨落幅度1和涨落百分比

%

100结论：分子数愈多涨落的百分比愈小涨落实例：微电流测量时电流的涨落

电子器件中的“热噪声”

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第二热力学基础从实验归纳总结

定律热力学第一定律---能量转化热力学第二定律

基础定律

---过程方向性

地位：

相当于力学中的牛顿定律

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三.

本篇研究对象的理想特征1.对象理想气体宏观定义：严格遵守气体三定律微观上也有定义实际气体理想化：P T 理论框架主体是P 不太高T 不太低理想气体

1)1)

在理想气体理论基础上加以修正若高压14

2) 经验

低温？

2.状态平衡态

定义：

在不受外界影响的条件下对一个孤立系统

经过足够长的时间后系统达到

一个宏观性质不随时间变化的状态用一组宏观量描述某时的状态

T

P 1

1T P 2

2T P 15

非平衡态

实际上的处理

：

足够长本课的主体：

⑵实在不行---分小块平衡态

⑶远离平衡态--介绍：远离平衡态非线性耗散结构

恒高温

注意区分平衡态和稳定态

恒低温

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3.z 过程准静态过程每一时刻系统都处于平衡态z 实际过程的理想化---无限缓慢(准)

z “无限缓慢”：系统变化的过程时间>>驰豫时间

1例1

气体的准静态压缩

驰豫

17过程时间~ 1 秒

s

103

−时间

<

例2 准静态传热

=非静态过程

T

T

n T T ∆+122

T 1

1

T

T

T ∆+1()T n T ∆−+1

1热库

热库

热库

T

T ∆+1T

T ∆+21T

n T ∆+1每一微小18

准静态过程

过程均是平衡过程

实际过程太迅速了怎么办？

⑴修正原理论

⑵更普遍的理论或经验

本课介绍

•气体分子动理论

平衡态下理想气体的状态量与微观量的关系•热力学基础实验的总结---必定涉及过程

结论是普适的（对象过程不限）

但具体的理论计算必是理气、准静态过程

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通过本课程：明确

•理论的建立过程

•理论的指导作用

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