热学教程第一章.ppt

2011年2月24日 * 在固定点 t(X0)=t(Y0)=0℃ t(X100)=t(Y100)=100℃ * 解： 测温参量X随温度t作线性变化 即 t = ax + b 于是： aX0 + b = 0 … (1) aX100 + b = 100 … (2) aX + b = t(X) …(3) (2)-(1) 得 a = 100 / (X100-X0) (3)-(1) 得 t(x) = a(X-X0)=100(X-X0)/(X100-X0) 利用特定的测温物质的特定测温属性建立的温标统称经验温标。 缺点：不同经验温标测温有差异！！ 能否找到一种与测温质的选择无关的温标？ 问题的提出 测温物质：气体 测温属性：气体压强 固定点 ：水的三相点 关 系： 等体积气体温度计 二、理想气体温标 1. 气体温度计 2、理想气体温标 实验发现 ptr=0 时不同气体给出相同的水汽点温度 Ptr为该气体温度计在水的三相点（气、液、固三相共存）时的压强 ptr 2、理想气体温标 在压强极低的极限情况下，气体温标只取决于 气体的共同性质，而与特定气体的特定性质无关。 根据气体在压强趋近0的极限情况下所遵循的 普遍规律建立的温标，叫做理想气体温标。 完全不依赖任何测温物质及其属性的温标。 具体内容，且听第三章分解。 二、热力学温标和国际温标 1. 热力学温标 2. 国际温标 1990年国际温标规定以热力学温标为基本 温标。热力学温度用T表示,单位K 摄氏温度 t=T-273.15 把处于平衡态的某种物质的热力学参量（如压强、体积、温度）之间所满足的函数关系称为该物质的物态方程或称状态方程。 一、物态方程 平衡态 1-4 理想气体状态方程 理想气体是突出气体共性，忽略次要因素而提出的理想化模型。许多气体在压强不太大、温度不太低时，皆可作为理想气体处理。 M是气体的质量，μ是气体的摩尔质量，R是摩尔气体常数（R =8.31 J / (mol·K)。 二 理想气体状态方程 一定质量（?摩尔）的理想气体，任一状态下的 PV/T 的值都相等。见教材图1.10 阿佛加德罗定律： 在相同的温度和压强下1mol( ) 任何理想气体的体积都相同。所以普适常数R为： 气体普适常量R的计算 —分子数密度 ? — 玻尔兹曼常量 理想气体状态方程的另一种写法 /wiki/Boltzmann_constant 1901年的普朗克 常数C在不同的温度下有不同的值，所以C是一个温度的函数。 解： 例2：由玻-马定律导出一个气体的定压温度计所测定的温度，与同一气体定容温度计所测定的温度相同（提示，用符号θ表示任意一种经验温标所定的温度，考虑一种特殊的温标 t(x) = 100(X-X0)/(X100-X0) 对于定容温度计，同样可以得到 三. 几个与物态方程有关的名词 气体的体膨胀系数α 气体的压强系数β 理想气体 压强系数与膨胀系数相等 四. 混合理想气体的状态方程 道尔顿分压定律:混合气体的压强等于各种气体分压之和: 例题1-2（教材) 解 假设每次打进的空气的压强、温度、体积和摩尔质量为p1,T1,V1,μ,则根据理想气体状态方程，每次打进空气的质量为 胎内气体质量： 故打气次数： 解 根据题意考虑大小容器中气体的初态到末态的状态变化，现以p1,V1,T1和p2,V2,T2分别表示大、小容器中气体处于初态时的各量，以带撇的符号表示末态的各个相应量。注意到初态和末态的压强分别相等。 初态计算总摩尔数 末态计算总摩尔数 二者相等 为了计算从小容器中留出的空气的体积，按照题意把初、终两态的容器气体在标准状态下的体积求出即可。 初态小容器气体在标况下的体积 末态小容器气体在标况下的体积 思考题 1.热运动与机械运动有何区别？ 2.用同一种标度法但采用不同测温质的同一种测温参量所制成的不同温度计同时测同一物体的某一温度，其结果是否相同？为什么？采用同种测温质的不同测温参量测温时，情况又如何呢？ 一金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？ 答：金属杆就是一个热力学系统。根据平衡态的定义，虽然杆上各点的温度将不随时间而改变，但是杆与外界（冰、沸水）仍有能量的交换。一个与外界不断地有能量交换的热力学系统所处的状态，显然不是平衡态。 复 习 题 1-2 1-8 1-14 * * 刘士勇 2011/2/22 热 学 简历 教育背景 1996-2000 北京大学