热 学绪论绪论热学 是以研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响，以及与物质其他运动形态之间的转化规律为任务的。所谓 热运动 即组成宏观物体的大量微观粒子的一种永不停息的无规运动。
按照研究方法的不同，热学可分为两门学科，
即 热力学 和 统计物理学 。它们从不同角度研究热运动，二者相辅相成，彼此联系又互相补充。
热力学 是研究物质热运动的宏观理论。从基本实验定律出发，通过逻辑推理和数学演绎，
找出物质各种宏观性质的关系，得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论。
具有高度的普适性与可靠性。但因不涉及物质的微观结构，而将物质视为连续体，故不能解释物质宏观性质的涨落。
绪论统计物理学 是研究物质热运动的微观理论。从物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发，
运用统计方法，把物质的宏观性质作为大量微观粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与微观量的关系，进而解释物质的宏观性质。在对物质微观模型进行简化假设后，应用统计物理可求出具体物质的特性；还可应用到比热力学更为广阔的领域，如解释涨落现象。
绪论气体动理论平衡态 理想气体物态方程理想气体压强公式气体分子的平均平动动能与温度的关系能量均分定理 理想气体的内能麦克斯韦速率分布玻尔兹曼分布平衡态 理想气体物态方程气体的状态参量平衡态（热力学系统）
温度和温标理想气体的物态方程平衡态（热力学系统）
系统与外界热力学平衡态系统与外界
1.热力学系统（简称系统）
在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体。
2.系统的外界（简称外界）
能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体 。
热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学 平衡态 。
平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。
热动平衡,
平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不停的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡。
100 oc 0 oc
金属杆注意：
与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但由于有外界的影响，故在系统内部存在能量流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”同时考虑，缺一不可。
气体的状态参量确定平衡态的宏观性质的量称为 状态参量 。
常用的状态参量有四类：
几何参量 （如：气体体积）
力学参量 （如：气体压强）
化学参量 （如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数等）
电磁参量 （如：电场和磁场强度，
电极化和磁化强度等）
如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或 pv系统）。
注意：
温度和温标热平衡热力学第 0定律温度温标热平衡将两个分别处于平衡态的系统 A和 B用一刚性隔板分隔开。若隔板为“绝热板”
（如图 (a)），则 A,B两系统的状态可独立地变化而互不影响。
(a)
绝热板 A
B
A
B
导热板
(b)
若隔板为“导热板”（如图 (b)），则 A,B两系统状态不能独立地改变,一个系统状态的变 化会引起另一系统状态的变化。通过导热板两个系统的相互作用叫 热接触 。
通过导热板进行热接触的两个系统组成一复合系统，当复合系统达到平衡态时，我们就说两个系统处于 热平衡 。
如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。
热力学第 0定律温度温度是热学中特有的物理量，它决定一系统是否与其他系统处于热平衡。 处于热平衡的各系统温度相同 。
互为热平衡的几个热力学系统，必然具有某种共同的宏观性质，我们将这种决定系统热平衡的宏观性质定义为 温度 。
温度是状态的函数,在实质上反映了组 成系统大量微观粒子无规则运动的激烈程度。实验表明，将几个达到热平衡状态的系统分开之后，并不会改变每个系统的热平衡状态。这说明，热接触只是为热平衡的建立创造条件，每个系统热平衡时的温度仅决定于系统内部大量微观粒子无规运动的状态。
温标以第 0 定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后就成为一个可测量的宏观量。
对温度进行量化，首先必须确定温标。
*温标定义,温度的数值表示法。
*温标分类,经验温标 理论温标 国际温标经验温标建立经验温标三要素：
选择物质测温属性 X:如保持等容的气体的压强 p;
保持定压的气体的体积 V;电阻 R等。
规定温度 T 与测温属性 X 之间的函数关系,通常假定为线性关系，如,T(x)=a.X
规定一个标准点,1954年起，水的三相点 温度
（ 273.16k) 被取为标准点。三相点指 冰、水、汽共存的状态，这点的温度可由三相点瓶胆取得。
理想气体温标各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都是一致的，如果我们规定某物质的某种测温属性与温度成线性关系，则其他测温属性与温度的关系就不可能是线性的。因此，用不同的测温物质或同一物质的不同性质建立温标往往不一致。
思考,
需要一个作为统一标准的温标 理想气体温标注意理想气体温标以气体为测温质可制成定容（或定压） 气体温度计测温物质：某种气体测温属性：气体体积不变时气体的压强 P
线性关系,Tv(p)=a,p,..… （ 1）
（ a可根据纯水的三相点的温度来确定）
将测温泡置于纯水三相点瓶胆中，平衡后测得泡内气体压强为 Ptr 此时泡内气体的温度为 273.16k由（ 1） 式 得：
a=273.16k/Ptr,..… （ 2）
测温泡
P0
h
（ 2） 代入（ 1）得,Tv(p)=273.16k,P/Ptr利用此式，根据温度计中气体压强 P，可确定待测系统的温度 Tv(P)。
实验表明,
以不同气体为测温物质,Tv(P)存在差异。但在 Ptr
降低时，差异逐渐消失，在 Ptr?O的极限下，亦即测温泡内的气体密度趋于零的极限下，它们趋于一个共同的极限温标，称为 理想气体温标 。
tr
P P
P
KT
tr 0
lim16.273
理论温标 — 热力学温标热力学温标 是建立在第二定律基础上，不 依赖于任何物质的特性的温标。
热力学温度 国际单位为“开尔文”，简称开记为
K
可证明 在理想气体温标有效范围内，热力学温标与理想气体温标完全一致。
常用的摄氏温标 t（? C)定义,t = T?273.15
国际温标
ITS (International Temperature Scale)
为克服气体温度计使用的繁复及统一各国温标,自 1927年起，经多次修改，国际上规定的一种实用温标，
现为 1990国际温标,
理想气体状态方程一个热力学系统的平衡态可由四种状态参量确定。第
0定律表明，平衡态下的热力学系统存在一个状态函数温度。温度与四种状态参量必然存在一定的关系。
所谓 状态方程 就是温度与状态参量之间的函数关系式
RT
M
M
PV
m
凡是态参量满足上式的气体叫做 理想气体
NmM? mNM
m 0?
RT
N
N
PV
0
T
N
R
V
N
P
0
n k T?
按照研究方法的不同，热学可分为两门学科，
即 热力学 和 统计物理学 。它们从不同角度研究热运动，二者相辅相成，彼此联系又互相补充。
热力学 是研究物质热运动的宏观理论。从基本实验定律出发，通过逻辑推理和数学演绎，
找出物质各种宏观性质的关系，得出宏观过程进行的方向及过程的性质等方面的结论。
具有高度的普适性与可靠性。但因不涉及物质的微观结构，而将物质视为连续体，故不能解释物质宏观性质的涨落。
绪论统计物理学 是研究物质热运动的微观理论。从物质由大量微观粒子组成这一基本事实出发，
运用统计方法，把物质的宏观性质作为大量微观粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与微观量的关系，进而解释物质的宏观性质。在对物质微观模型进行简化假设后，应用统计物理可求出具体物质的特性；还可应用到比热力学更为广阔的领域，如解释涨落现象。
绪论气体动理论平衡态 理想气体物态方程理想气体压强公式气体分子的平均平动动能与温度的关系能量均分定理 理想气体的内能麦克斯韦速率分布玻尔兹曼分布平衡态 理想气体物态方程气体的状态参量平衡态（热力学系统）
温度和温标理想气体的物态方程平衡态（热力学系统）
系统与外界热力学平衡态系统与外界
1.热力学系统（简称系统）
在给定范围内，由大量微观粒子所组成的宏观客体。
2.系统的外界（简称外界）
能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体 。
热力学平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学 平衡态 。
平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。
热动平衡,
平衡态下，组成系统的微观粒子仍处于不停的无规运动之中，只是它们的统计平均效果不随时间变化，因此热力学平衡态是一种动态平衡，称之为热动平衡。
100 oc 0 oc
金属杆注意：
与稳恒态的区别，稳恒态不随时间变化，但由于有外界的影响，故在系统内部存在能量流或粒子流。稳恒态是非平衡态。对平衡态的理解应将“无外界影响”与“不随时间变化”同时考虑，缺一不可。
气体的状态参量确定平衡态的宏观性质的量称为 状态参量 。
常用的状态参量有四类：
几何参量 （如：气体体积）
力学参量 （如：气体压强）
化学参量 （如：混合气体各化学组分的质量和摩尔数等）
电磁参量 （如：电场和磁场强度，
电极化和磁化强度等）
如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。此时只需体积和压强就可确定系统的平衡态，我们称这种系统为简单系统（或 pv系统）。
注意：
温度和温标热平衡热力学第 0定律温度温标热平衡将两个分别处于平衡态的系统 A和 B用一刚性隔板分隔开。若隔板为“绝热板”
（如图 (a)），则 A,B两系统的状态可独立地变化而互不影响。
(a)
绝热板 A
B
A
B
导热板
(b)
若隔板为“导热板”（如图 (b)），则 A,B两系统状态不能独立地改变,一个系统状态的变 化会引起另一系统状态的变化。通过导热板两个系统的相互作用叫 热接触 。
通过导热板进行热接触的两个系统组成一复合系统，当复合系统达到平衡态时，我们就说两个系统处于 热平衡 。
如果两个系统分别与处于确定状态的第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。
热力学第 0定律温度温度是热学中特有的物理量，它决定一系统是否与其他系统处于热平衡。 处于热平衡的各系统温度相同 。
互为热平衡的几个热力学系统，必然具有某种共同的宏观性质，我们将这种决定系统热平衡的宏观性质定义为 温度 。
温度是状态的函数,在实质上反映了组 成系统大量微观粒子无规则运动的激烈程度。实验表明，将几个达到热平衡状态的系统分开之后，并不会改变每个系统的热平衡状态。这说明，热接触只是为热平衡的建立创造条件，每个系统热平衡时的温度仅决定于系统内部大量微观粒子无规运动的状态。
温标以第 0 定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念，量化之后就成为一个可测量的宏观量。
对温度进行量化，首先必须确定温标。
*温标定义,温度的数值表示法。
*温标分类,经验温标 理论温标 国际温标经验温标建立经验温标三要素：
选择物质测温属性 X:如保持等容的气体的压强 p;
保持定压的气体的体积 V;电阻 R等。
规定温度 T 与测温属性 X 之间的函数关系,通常假定为线性关系，如,T(x)=a.X
规定一个标准点,1954年起，水的三相点 温度
（ 273.16k) 被取为标准点。三相点指 冰、水、汽共存的状态，这点的温度可由三相点瓶胆取得。
理想气体温标各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都是一致的，如果我们规定某物质的某种测温属性与温度成线性关系，则其他测温属性与温度的关系就不可能是线性的。因此，用不同的测温物质或同一物质的不同性质建立温标往往不一致。
思考,
需要一个作为统一标准的温标 理想气体温标注意理想气体温标以气体为测温质可制成定容（或定压） 气体温度计测温物质：某种气体测温属性：气体体积不变时气体的压强 P
线性关系,Tv(p)=a,p,..… （ 1）
（ a可根据纯水的三相点的温度来确定）
将测温泡置于纯水三相点瓶胆中，平衡后测得泡内气体压强为 Ptr 此时泡内气体的温度为 273.16k由（ 1） 式 得：
a=273.16k/Ptr,..… （ 2）
测温泡
P0
h
（ 2） 代入（ 1）得,Tv(p)=273.16k,P/Ptr利用此式，根据温度计中气体压强 P，可确定待测系统的温度 Tv(P)。
实验表明,
以不同气体为测温物质,Tv(P)存在差异。但在 Ptr
降低时，差异逐渐消失，在 Ptr?O的极限下，亦即测温泡内的气体密度趋于零的极限下，它们趋于一个共同的极限温标，称为 理想气体温标 。
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理论温标 — 热力学温标热力学温标 是建立在第二定律基础上，不 依赖于任何物质的特性的温标。
热力学温度 国际单位为“开尔文”，简称开记为
K
可证明 在理想气体温标有效范围内，热力学温标与理想气体温标完全一致。
常用的摄氏温标 t（? C)定义,t = T?273.15
国际温标
ITS (International Temperature Scale)
为克服气体温度计使用的繁复及统一各国温标,自 1927年起，经多次修改，国际上规定的一种实用温标，
现为 1990国际温标,
理想气体状态方程一个热力学系统的平衡态可由四种状态参量确定。第
0定律表明，平衡态下的热力学系统存在一个状态函数温度。温度与四种状态参量必然存在一定的关系。
所谓 状态方程 就是温度与状态参量之间的函数关系式
RT
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凡是态参量满足上式的气体叫做 理想气体
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