返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 1页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
前 言一,热学的研究对象及内容
▲ 对象,宏观物体 （ 大量分子原子系统 ）
或物体系 — 热力学系统 。
外界系统外界例如汽缸：
孤立系统,与外界既无能量又无物质交换封闭系统,与外界只有能量交换而无物质交换开放系统,与外界既有能量交换又有物质交换系统分类（按系统与外界交换特点）：
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 2页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
▲ 内容,与 热现象 有关的性质和规律 。
关。微观上说是与热运动有有关；宏观上说是与温度热现象
T
系统分类（按系统所处状态）,平衡态系统非平衡态系统返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 3页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
二,热学的研究方法
▲ 热力学 （ thermodynamics）
宏观基本实验规律 热现象规律逻辑推理特点,普遍性、可靠性。
▲ 统计力学 （ statistical mechanics）
对微观结构提出模型、假设统计方法 热现象规律特点,可揭示本质，但受模型局限。
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 4页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
三,几个概念
1,平衡态 （ equilibrium state）：
不随时间变化的状态 （ 动平衡 ） 。
系统的宏观性质在不受外界影响的条件下形式的物质与能量交换），
（与外界无任何要注意区分平衡态与稳定态。
平衡态
T1T1热库
（
恒温
）
系统稳定态
T2热库 热库T1
（
恒温
）
（
恒温
）
系统返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 5页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
宏观量描写单个微观粒子运动状态的物理量只能间接测量）。
3,微观量 （ microscopic quantity）：
（一般如分子的 …，,dm v?
2,宏观量 （ macroscopic quantity）,
表征系统宏观性质的物理量（可直接测量）。
广延量（有累加性）：如 M,V,E?
强度量（无累加性）：如 p,T?
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 6页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
4,物态参量（态参量） （ state parameter）：
描写平衡态的宏观物理量。
如：气体的 p,V,T
TVp,,气体压强,作用于容器壁上单位面积的正压力（ 力学 描述）,p
单位,2mN1Pa1
Pa10013.1a tm1 5
标准大气压,纬度海平面处,时的大气压,?45 C0?
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 7页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
5,物态方程 （ equation of state）,
态参量之间的函数关系,0),,(?TVpf
一组态参量 一个平衡态描述对应体积,气体所能达到的最大空间（ 几何描述）,
3333 dm10L10m1
V
单位：
温度,气体冷热程度的量度（ 热学 描述）,T
tT 15.2 7 3单位：温标 （开尔文）,K
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 8页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系,
11 Km o lJ31.8R摩尔气体常量
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp?对一定质量的同种气体
m o l
Mp V R T
M?
理想气体物态方程理想气体宏观定义,遵守三个实验定律的气体 （即玻意尔定律 (T),查理定律 (V)，盖 —吕萨克定律 (P)）
理想气体物态方程返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 9页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
V2 <V1P
T
2
1
0
T4
T3
T2
T1
P
V0
T4 >T3>T2 >T1
T↑
m o l
Mp V R T
M?
理想气体物态方程返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 10页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
两系统 热接触 下，相当长时间后达到的 共同平衡态。
6,热 平衡态：
A B绝热壁导热板绝热壁返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 11页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
7,温度需要在热学中加以定义。
态参量 p,V,T 中,T 是热学特有的物理量，
实验表明：
则 A与 B必然热平衡
“分别与第三个系统处于同一热平衡态的两
— 热平衡定律（热力学第零定律）
个系统必然也处于热平衡。”
若 A与 C热平衡
B也与 C热平衡返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 12页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
温度,处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质。
平衡态的系统有相同的温度 。
统内部的热运动（对质心的运动）状态。
8,温标 （ temperature scales）
在 > 0.5K的范围适用（低压 3He气）。
a.理想气体温标：
温标,温度的数值标度。
一切处于同一热温度取决于系用理想气体做测温物质的温标,单位,K（ Kelvin）。 理想气体温标返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 13页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
T3为水的 三相点 (triple point)，规定 T3 = 273.16K
一定质量的理想气体有规律：
333 Vp
pV
T
T?
33
16.2 7 3
Vp
pVT?
b.热力学温标 T：
性的温标，
不依赖测温物质及其测温属于是有想气体温标一致,单位,K 。
在理想气体温标有效范围内与理返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 14页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
*d,华氏温标 tF,
c,摄氏温标 t,
t =（ T - 273.15） C?
t3 = 0.01 C?
F)
5
932( tt
F
C8.37F100 tt F
F212
F32
F
F
t
t
水的沸点水的冰点与热力学温标的关系：
水的三相点的摄氏温度为返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 15页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
9,理想气体的物态方程的另一种形式
m o l
Mp V R T
M
n k Tp?
KJ1038.1 23
A
N
Rk
—玻尔兹曼常量 （ Boltzmann Constant）
（ M? 气体质量,Mmol? 气体摩尔质量，
NA? 阿伏伽德罗常量,n? 气体分子数密度）
前 言一,热学的研究对象及内容
▲ 对象,宏观物体 （ 大量分子原子系统 ）
或物体系 — 热力学系统 。
外界系统外界例如汽缸：
孤立系统,与外界既无能量又无物质交换封闭系统,与外界只有能量交换而无物质交换开放系统,与外界既有能量交换又有物质交换系统分类（按系统与外界交换特点）：
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▲ 内容,与 热现象 有关的性质和规律 。
关。微观上说是与热运动有有关；宏观上说是与温度热现象
T
系统分类（按系统所处状态）,平衡态系统非平衡态系统返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 3页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
二,热学的研究方法
▲ 热力学 （ thermodynamics）
宏观基本实验规律 热现象规律逻辑推理特点,普遍性、可靠性。
▲ 统计力学 （ statistical mechanics）
对微观结构提出模型、假设统计方法 热现象规律特点,可揭示本质，但受模型局限。
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三,几个概念
1,平衡态 （ equilibrium state）：
不随时间变化的状态 （ 动平衡 ） 。
系统的宏观性质在不受外界影响的条件下形式的物质与能量交换），
（与外界无任何要注意区分平衡态与稳定态。
平衡态
T1T1热库
（
恒温
）
系统稳定态
T2热库 热库T1
（
恒温
）
（
恒温
）
系统返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 5页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
宏观量描写单个微观粒子运动状态的物理量只能间接测量）。
3,微观量 （ microscopic quantity）：
（一般如分子的 …，,dm v?
2,宏观量 （ macroscopic quantity）,
表征系统宏观性质的物理量（可直接测量）。
广延量（有累加性）：如 M,V,E?
强度量（无累加性）：如 p,T?
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 6页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
4,物态参量（态参量） （ state parameter）：
描写平衡态的宏观物理量。
如：气体的 p,V,T
TVp,,气体压强,作用于容器壁上单位面积的正压力（ 力学 描述）,p
单位,2mN1Pa1
Pa10013.1a tm1 5
标准大气压,纬度海平面处,时的大气压,?45 C0?
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 7页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
5,物态方程 （ equation of state）,
态参量之间的函数关系,0),,(?TVpf
一组态参量 一个平衡态描述对应体积,气体所能达到的最大空间（ 几何描述）,
3333 dm10L10m1
V
单位：
温度,气体冷热程度的量度（ 热学 描述）,T
tT 15.2 7 3单位：温标 （开尔文）,K
返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 8页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系,
11 Km o lJ31.8R摩尔气体常量
2
22
1
11
T
Vp
T
Vp?对一定质量的同种气体
m o l
Mp V R T
M?
理想气体物态方程理想气体宏观定义,遵守三个实验定律的气体 （即玻意尔定律 (T),查理定律 (V)，盖 —吕萨克定律 (P)）
理想气体物态方程返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 9页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
V2 <V1P
T
2
1
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T4
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T1
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T4 >T3>T2 >T1
T↑
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Mp V R T
M?
理想气体物态方程返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 10页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
两系统 热接触 下，相当长时间后达到的 共同平衡态。
6,热 平衡态：
A B绝热壁导热板绝热壁返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 11页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
7,温度需要在热学中加以定义。
态参量 p,V,T 中,T 是热学特有的物理量，
实验表明：
则 A与 B必然热平衡
“分别与第三个系统处于同一热平衡态的两
— 热平衡定律（热力学第零定律）
个系统必然也处于热平衡。”
若 A与 C热平衡
B也与 C热平衡返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 12页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
温度,处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质。
平衡态的系统有相同的温度 。
统内部的热运动（对质心的运动）状态。
8,温标 （ temperature scales）
在 > 0.5K的范围适用（低压 3He气）。
a.理想气体温标：
温标,温度的数值标度。
一切处于同一热温度取决于系用理想气体做测温物质的温标,单位,K（ Kelvin）。 理想气体温标返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 13页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
T3为水的 三相点 (triple point)，规定 T3 = 273.16K
一定质量的理想气体有规律：
333 Vp
pV
T
T?
33
16.2 7 3
Vp
pVT?
b.热力学温标 T：
性的温标，
不依赖测温物质及其测温属于是有想气体温标一致,单位,K 。
在理想气体温标有效范围内与理返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 14页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
*d,华氏温标 tF,
c,摄氏温标 t,
t =（ T - 273.15） C?
t3 = 0.01 C?
F)
5
932( tt
F
C8.37F100 tt F
F212
F32
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水的沸点水的冰点与热力学温标的关系：
水的三相点的摄氏温度为返回目录第六章§ 6-1 平衡态 温度 理想气体状态方程第 15页2009年 7月 31日星期五 http://blog.sina.com.cn/phy
9,理想气体的物态方程的另一种形式
m o l
Mp V R T
M
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KJ1038.1 23
A
N
Rk
—玻尔兹曼常量 （ Boltzmann Constant）
（ M? 气体质量,Mmol? 气体摩尔质量，
NA? 阿伏伽德罗常量,n? 气体分子数密度）
