中国科学技术大学 University of Science and Technology of China 第1章热学基础知识和气体 Chapter 1 Foundation for Thermal Physics & Gas
§1.1热学基础知识 一、热现象与热运动 > “热学”是研究宏观物体的各种热现象及其相互 联系与规律的一门学科，自然科学一门基础学科。 1.热现象及其宏观理论 (1)热现象：与宏观物体冷热状态相关联的自然现象 ·研究对象： √宏观物体-大量粒子的集合体 ·冷热状态： √用“温度”表述： √与各种性质（几何性质、力学性质、电磁性质、 光学性质、化学性质、相态等)密切相关 2
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(2)热现象的宏观规律和理论 ·从大量热现象的实验事实归纳总结发现，通过数学 手段进行严密的演绎和推论。 。热力学定律： √热力学第零定律：“温度”；宏观物体热接触趋于 冷热相同的状态 √热力学第一定律：能量守恒；给定系统的相同始终 态变化，以功和热形式传递的能量之和总保持恒量。 √热力学第二定律：自发过程的进行方向；“熵”的 概念；熵增加原理 √热力学第三定律：低温极限；不可能完全达到绝对 零度；规定熵的零点 3
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2.热运动与热现象的微观理论 ·宏观理论具有高度可靠性和广泛适用性； ·宏观理论不反映物质特性，不涉及微观结构，不能揭 示热现象本质，不能给出宏观性质的深刻物理含义。 √例如：无法解释组成宏观物体内部物质运动的涨落现象。 (1)宏观物体是由大量分子（微观粒子）组成的 。 微观粒子质量~原子质量单位1u=1.6605655×1027kg ·相对分子质量（分子量）M,摩尔质量 · 摩尔(mol)表示物质的量Na=6.022045×1023mol ·分子数密度n,气体~1019cm-3,凝聚态~1022cm-3 ·分子间平均距离ro,气体~109m,凝聚态~10-10m
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(2)分子的热运动 ·分子之间有间隙 √任何物体都是可压缩的 √气体分子平均间距比凝聚态分子的大一个数量级 ·任何宏观物体内大量分子都在永不停息地运动 √扩散现象：气体扩散，液体扩散，固体扩散 √布朗运动：微小粒子(106m)受分子撞击，涨落，净动量 √分子运动与物体的温度直接相关，温度越高，运动越剧烈 ● 热运动：与物体冷热直接相关的大量分子无规则运动 √热运动是自然界物质运动的一种基本形式 √一切热现象都是大量分子热运动的宏观表现 5
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