熱學(xué)第零定律

熱學(xué)第零定律第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月熱力學(xué)研究的對象稱熱力學(xué)系統(tǒng)（簡稱系統(tǒng)）；系統(tǒng)以外的一切物質(zhì)稱為外界或環(huán)境。二．宏觀描述與微觀描述宏觀量：能反映系統(tǒng)的整體性質(zhì)，并且可以由實驗操作來測定。如氣體用Ｐ、Ｖ、Ｔ三個參量來描述。一．熱力學(xué)系統(tǒng)第一節(jié)熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月微觀量：描述系統(tǒng)中粒子個體行為的某些物理量，如粒子的坐標、動量、能量等。平衡態(tài)：在不受外界條件影響下，經(jīng)過足夠長時間后，系統(tǒng)必將達到一個宏觀上看來不隨時間變化的狀態(tài)。三．平衡態(tài)與非平衡態(tài)第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)恒態(tài)：存在自由熱源或離子流情況下，各處宏觀狀態(tài)均不隨時間變化的狀態(tài)討論：１．穩(wěn)恒態(tài)不是平衡態(tài)，如金屬棒兩端分別與冰水混合物及沸水相接觸．經(jīng)足夠長時間后，熱流達到某一穩(wěn)定不變的數(shù)值，這時金屬棒各處溫度不隨時間變化，但各處溫度不同，所以整個系統(tǒng)（金屬棒）仍處于非平衡態(tài)。AB熱冷冰水沸水金屬棒第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月２．正確判別“平衡態(tài)”與“非平衡態(tài)”的方法應(yīng)該是是否存在熱流與粒子流．３．在自然界中平衡態(tài)是相對的、局部的與暫時的，不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經(jīng)常的．熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡條件熱學(xué)平衡條件：系統(tǒng)內(nèi)部的溫度處處相等力學(xué)平衡條件：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間、系統(tǒng)與外界之間應(yīng)達到力學(xué)平衡．化學(xué)平衡條件：在無外場作用下系統(tǒng)各部分的化學(xué)組成處處相等的．四．熱力學(xué)平衡第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，可用確定的物理量來表征其屬性。描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量稱為狀態(tài)參量．常用四種狀態(tài)參量：幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量、電磁參量對簡單系統(tǒng)，如氣體，可以用（P、V、T）來描述。一般，可用三個宏觀量（ｘ、ｙ、Ｔ）描述的系統(tǒng)，稱為簡單系統(tǒng)五．狀態(tài)參量第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)兩個熱力學(xué)系統(tǒng)Ａ和Ｂ，使兩系統(tǒng)相接觸（這種接觸叫熱接觸）后達到一個共同的平衡態(tài)，即Ａ、Ｂ彼此達到熱平衡。AB絕熱壁真空一.熱力學(xué)第零定律第二節(jié)溫度與溫度計第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月假設(shè)三個熱力學(xué)系統(tǒng)Ａ、Ｂ、CCBACBA結(jié)論：如果兩個熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學(xué)系統(tǒng)處于熱平衡，則它們彼此也處于熱平衡。-------熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律的物理意義：第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（２）第零定律指出了判別溫度是否相同的方法。AB溫度的數(shù)值表示法叫溫標建立一種溫標需要包含三個要素：選擇某種測溫物質(zhì)，測定它的測溫屬性；選定固定點；進行分度，即對測溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定。二．溫標（１）互為熱平衡的物體之間必存在一個相同的宏觀特征。這個決定系統(tǒng)熱平衡的宏觀特征稱為溫度。一切互為熱平衡的物體都具有相同的溫度。第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度計測溫屬性定容氣體溫度計壓強定壓氣體溫度計體積鉑電阻溫度計電阻鉑－銠熱電偶溫度計熱電動勢液體溫度計液柱長度表1-1幾種常見的溫度計攝氏溫標由瑞典天文學(xué)家攝耳修斯（Celsicus）于１７４２年建立。以冰的正常熔點為０℃，以水的沸點為100℃問題：用各種不同的攝氏溫度計測量同一對象時，所得結(jié)果是否相同呢？第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月右圖繪出了幾種攝氏溫度計在0℃－100℃的實驗結(jié)果由圖可見，用不同測溫物質(zhì)（或同一物質(zhì)的不同測溫屬性）所建立的攝氏溫標，除冰點和汽點外，其它溫度并不嚴格一致。要義在于：不同物質(zhì)或同一物質(zhì)的不同屬性隨溫度的變化關(guān)系不同第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三．理想氣體溫度計玻意耳定律(溫度不變)1954年以后，國際上規(guī)定只用一個固定點建立標準溫標，這個固定點選的是水的三相點，并嚴格規(guī)定它的溫度為T3=273.16k。則：第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月氣體溫度計分兩種：定容氣體溫度計和定壓氣體溫度計如圖為定容氣體溫度計若保持一定質(zhì)量的理想氣體的體積不變，則其中T3

、P3分別是一定質(zhì)量的理想氣體在水的三相點狀態(tài)下的溫度和壓強。第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗表明：用不同的氣體所確定的定容溫標，除根據(jù)規(guī)定對水的三相點的讀數(shù)相同外，對其它溫度讀數(shù)則有一定差別，但差別不大，當氣體極稀薄（即P3→０）時，這些差別消失。同樣，通過測量氣體的體積也可測得它的溫度，相應(yīng)的溫度計叫定壓氣體溫度計

第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月對理想氣體需加一極限條件P3→０，這以極限溫標叫作理想氣體溫標。定義式為：P3→０T(p)→373.15k第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月在熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上引入一種溫標，它完全不依賴于任何一種測溫物質(zhì)及其測溫屬性，這種溫標稱熱力學(xué)溫標，也稱絕對溫標或開爾文溫標。

用這種溫標所確定的溫度叫熱力學(xué)溫度，用Ｔ表示，單位：Ｋ在理想氣體溫標所能確定的溫度范圍內(nèi)，理想氣體溫標和熱力學(xué)溫標是完全一致的四．熱力學(xué)溫標第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月五.攝氏溫標和華氏溫標攝氏溫標所確定的溫度用ｔ表示，定義為：

單位：℃攝氏溫標和華氏溫標的關(guān)系：水的三相點溫度t3=0.01℃t=T－273.15第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月例1、某定容氣體溫度計的測溫泡浸在水的三相點槽內(nèi)時,其中氣體的壓強為50.0mmHg

問：(1)用溫度計測300K溫度時,測溫泡內(nèi)氣體的壓強

(2)當測溫泡內(nèi)氣體的壓強為68.0mmHg時待測的溫度.解：對于定容氣體溫度計第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月對固定的系統(tǒng)，處于平衡態(tài)的各熱力學(xué)參量之間存在確定的函數(shù)關(guān)系。例如化學(xué)純的氣體、液體、固體的溫度Ｔi

都可分別由各自的壓強Ｐi

和體積Ｖi

表示，即：

Ｔi＝Ｔi(Ｐi，Ｖi

)或fi(Ｔi，Ｐi，Ｖi)＝0其中i分別表示氣、液、固處于平衡態(tài)的某種物質(zhì)的熱力學(xué)參量（如壓強、體積、溫度）之間所滿足的函數(shù)關(guān)系稱為該物質(zhì)的物態(tài)方程或狀態(tài)方程。一．理想氣體狀態(tài)方程第三節(jié)理想氣體狀態(tài)方程第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二．理想氣體的狀態(tài)方程理想氣體實驗發(fā)現(xiàn)，理想氣體嚴格遵循玻意耳定律、查理定律和蓋呂薩克定律在此基礎(chǔ)上得到：標準狀態(tài)下，T=273k，P=1.013×105Pa，Vmol=22.4L，可算得：R=8.31J.mol-1.k-1=0.082atm.l.k-1mol-1

R：普適氣體常數(shù)若氣體不是１mol，而是Mkg，則摩爾數(shù)ν＝M/μ，理想氣體狀態(tài)方程可寫為：第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三．混合理想氣體物態(tài)方程道爾頓（Dalton）分壓定律：混合氣體的壓強等于各組分的分壓強之和。數(shù)學(xué)表達式：P=P１+P２+……＋Pn由理想氣體狀態(tài)方程和道爾頓分壓定律可得：令混合理想氣體的摩爾數(shù)為ν，則：則混合理想氣體的狀態(tài)方程為：PV=νRT第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月則混合理想氣體狀態(tài)方程第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月玻—馬定律PV=constant蓋—呂薩克定律V/T=constant查理定律P/T=constantT不變P不變V不變理想氣體狀態(tài)方程PV=RTPV/T=R

=1mol第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月P0V等溫線根據(jù)狀態(tài)方程，系統(tǒng)的壓強、體積、溫度中任兩個量一定，就可確定系統(tǒng)的狀態(tài)，因此常用P-V圖中的一條曲線來表示系統(tǒng)的準靜態(tài)過程，曲線上任一點都表示氣體的一個平衡態(tài)，這種圖叫狀態(tài)圖。第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月阿伏伽德羅常數(shù)：玻耳茲曼常數(shù)設(shè)：分子質(zhì)量為m，氣體分子數(shù)為N，分子數(shù)密度n。理想氣體狀態(tài)方程的另一形式:第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月理想氣體狀態(tài)方程：標準狀態(tài)下的分子密度：即在標準狀態(tài)(壓強為1大氣壓,溫度為273.15K)下,單位體積的任何氣體包含的分子數(shù)為洛喜密脫數(shù)：第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月例題1、

一容器內(nèi)盛有氧氣0.100kg，其壓強為

1.013×10-6Pa,溫度為320K，因容器開關(guān)緩慢漏氣，稍后測得壓強減為原來的5/8，溫度降低到300K。求（1）容器的體積；（2）在兩次觀測之間漏掉多少氧氣。（氧氣摩爾質(zhì)量為Mmol=3.2×10-2Kg/mol）解：（1）由理想氣體狀態(tài)方程

得容器的體積為：（2）設(shè)漏氣后剩余氧氣為M2

，由第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月所以漏掉的氧氣質(zhì)量為第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月例2、一個長L＝0.50m的圓柱形容器被一質(zhì)量M＝5.0kg的絕熱活塞隔成兩部分，一部分里有質(zhì)量M1＝6g的氫氣，另一部分有M2＝56kg的氮氣，兩部分氣體的溫度均為T1＝300K．活塞無摩擦沿容器壁滑動，厚度可忽略。

試求：（１）平衡時，容器兩部分的長度L１和L２H2M1T1M2T1N2LL1L2解(1):平衡時兩部分氣體壓強相等．設(shè)截面積為（２）現(xiàn)將容器豎直放置，裝有氫氣的部分位于上方，若使活塞正好位于容器的中央，應(yīng)將氮氣加熱到多少？第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月H2N2