一 热学基础知识.ppt

热 学 基 本 知 识 世世 间间 英英 雄雄 燧人氏 普罗米修斯 火 与 热 热学这门科学起源于人类对 热与冷现象本质的追求 . 追求热与冷现象本质的企图 可能是人类最初对自然界法则的 这求之一 . 一、 热学的研究对象和方法 问题：什么是物理？ 问题：什么是热学？ 问题：什么是热现象？ 问题：什么是热运动？请与机械运动、电磁 运动进行比较。 问题：通过以上分析请总结热学研究任务。 问题：能猜测一下热学的研究方法吗？ 问题：请总结两种研究方法的优缺点。 热物理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。 它与力学、电磁学及光学一起共同被称 为经典物理四大柱石。 热物理学的研究方法 方法一： 《 热学 》 的宏观理论 热 力 学 （ Thermodynamics) 热力学 是热物理学的宏观理论，它从对热现象大 量的直接观察和实验测量所总结出来的普适的基本定 律出发，应用数学方法，通过逻推理及演绎，得出有 关物质各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行 的方向和限度等结论。 热力学理论的优点 1、 热力学是具有高度可靠性和普遍性的一门科 学，它不提出任何一个特殊模型，但它又可 应用于任何的宏观的物质系统 . 2、可检验和证实统计物理学结论的正确性。 热力学理论的局限性 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性质，不能解答 系统如何从非平衡态进入平衡态的过程； 3、由于不计微观结构，不能对所得出的宏观热 现象的规律给出其微观本质的解释。 方法二： 《 热学 》 的微观理论 统 计 物 理 学 （ Statistical physics) 统计物理学 是热物理学的微观描述方法， 它从物质由大数分子、原子组成的前提出发， 运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒 子热运动的统计平均值所决定 ,由此找出微观 量与宏观量之间的关系。 统计物理学的优点 弥补了热力学的缺陷，从微观上更好 的揭示了热现象的本质，给出了宏观规律 的微观解释，使人们能够更深刻的认识热 力学理论的意义。 统计物理学的缺点 数学的困难，由此微观结构模型所 得结论经常与实际不相符。 气体分子动理论 统计物理学的组成部分，从气体微观结构 理想模型出发，运用统计平均方法研究气体平 衡态下性质以及由非平衡态向平衡态转变过程 等问题。 o 参考书 o 本学期内容 二、 物质的微观结构模型 1、 宏观物体物质结构特点 （ 1）物质由大数的分子或原子（离子）构成的，即宏观物 体是不连续的，分子或原子（离子）具有一定的质量 和体积。 （ 2）构成物质的分子或原子（离子）处于永不停息的热运 动中。 （ 3）分子或原子（离子）之间、它们与器壁之间进行着频 繁的碰撞，从而使系统一系列宏观性质均匀化。 （ 4）分子或原子（离子）之间有相互作用力。 （ 5）分子或原子（离子）之间相互作用力有相互作用势能。 特点一：物质由大数的微观粒子构成的，即宏观物体是不 连续的，微观粒子具有一定的质量和体积。 要了解此点，需解决以下三个问题： 阿佛加德罗常数 NA 摩 尔 气体体积与固、液体积对比 特点二：构成物质的分子或原子（离子）处于永不停息的 热运动中。 问题：此处所描述的热运动的特点是什么？ 问题：此处所讲的热运动的条件是什么？ 问题：请分析一下此结论的两个最典型例证。 特例一：扩散 现象： 标准状况下 1摩尔氧 1摩尔氮 氧 .氮混合气体 结 论 1 组成宏观物体的大量分子是在不停的运动着 ； 2 宏观物体内分子的运动随着温度的升高而加 剧，即物体的温度越高，组成物体的分子的平均运 动越快，这是组成宏观物体的大量分子运动的一个 基本特征。 特例二：布朗运动 结论（ 1877年德耳索 （ Delsaux） ） 这是由于微粒受到周围 分子碰撞不平衡而引起的。 分子无规则运动的假设 分子无规则运动的假设认为，分子之间在 作频繁的碰撞，每个分子运动方向和速率都在 不断地改变。任何时刻，在液体或气体内部各 分子的运动速率有大有小，运动方向各种各样 . 对布朗运动的解释 平衡： 按照分子无规运的假设 ， 液体（或气体）内无规 运 动的分子不断地从四面 八 方冲击悬浮的微粒。 在通常情况下，这些冲击 力的平均值处处相等，相互平 衡，因而观察不到布朗运动 。 不平衡：当微粒足够小时，从各个方向冲击微 粒的平均力互不平衡，微粒向冲击作 用较弱的方向运动。 （ 见动画演示 ）