第1章 温度要点课件.ppt
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1、1,热学,第一章,温 度,2,热学,1.平衡态 状态参量,一、平衡态,孤立系统,在不受外界条件影响下,经过足够长时间后系统必将达到一个宏观上看来不随时间变化的状态,3,热学,箱子假想分成两相同体积的部分,达到平衡时,两侧粒子有的穿越界线,但两侧粒子数相同。,例如:粒子数,说明:,处在平衡态的大量分子仍在作热运动,而且因为碰撞,每个分子的速度经常在变,但是系统的宏观量不随时间 改变。,平衡态是一种热动平衡,1)单一性(处处相等);,4,热学,1)理想化(实际不存在真正的孤立系统);2)动态平衡。,2)物态的稳定性 与时间无关;,3)自发过程的终点;,4)热动平衡(有别于力平衡).,5,热学,二、
2、状态参量,描述系统状态的变数,几何参量:体积(m3),化学参量:质量(kg),物质的量(mol),电磁参量:电场强度,电极化强度,磁感应强度,磁化强度,力学参量:压强(Pa=N/m2),6,表征系统宏观性质的物理量,如系统的体积V、压强P等可直接测量分为广延量和强度量广延量有累加性如质量M、体积V、内能E等强度量无累加性如压强 p等,描写单个微观粒子运动状态的物理量,如分子的质量 m、大小 d、速度 v等一般只能间接测量,7,热学,2.温 度,一、热力学第零定律,热接触:传热但不交换粒子,热平衡:两个系统在热接触的条件下达到了一 个共同的平衡态。,在不受外界影响的情况下,只要C和B同时与A处于
3、热平衡,即使B和C没有接触,它们仍然处于热平衡状态,这种规律被称为热平衡定律(热力学第零定律)。,8,9,热力学第零定律的物理意义,互为热平衡的物体之间必存在一个相同的特征,即它们的温度是相同的。科学定义温度概念的基础 用温度计测量温度的依据。,温度计,二、温 标,以第零定律为实验基础定义的温度是一个宏观概念,量化之后就成为一个可测量的宏观量。对温度进行量化,首先必须确定温标。温标定义:温度的数值表示法。温标分类:经验温标;理想气体温标;热力学 温标;国际温标。,建立经验温标三要素:1、选择物质。如:水银,酒精,煤油等。2、规定测温属性以及温度T 与测温参量X 之 间的函数关系。通常规定为线性
4、关系,如:T(x)=a.X。测温参量X:如保持等容的气体 的压强p;保持定压的气体的体积V。3、规定固定点:一个标准大气压下,冰水混合物的温度为0,水和水蒸气混合物的温度为100.,温标的建立 1、自然温标:利用特定的测温物质的特定测温属 性所建立的温标统称为自然温标。(1)摄氏温标:由瑞典天文学家摄尔修斯于1742 年建立的。测温物质:水 银。测温参量:体 积。标准温度点:在1个大气压下,水的冰点为0;沸 点为100 刻度划分:在0-100 之间等分100格,每格为1。,(2)华氏温标:由德国物理学家华伦海特于1714年 建立的。测温物质:水 银。测温参量:体 积。标准温度点:在1个大气压下
5、,水的冰点为32;沸点为212。刻度划分:在32-212 之间等分180格,每格为1。华氏温标和摄氏温标的关系:,即,摄氏度改变1相当于华氏度改变9/5,2、理想气体温标:下图中给出了利用不同的摄氏温度计来测量同一被测对象的温度所得的结果的差异情况。,思考:各种物质的各种测温属性随温度的变化不可能都是一致的,如果我们规定某物质的某种测温属性与温度成线性关系,则其他测温属性与温度的关系就不可能是线性的。因此,用不同的测温物质或同一物质的不同性质建立温标往往不一致。,需要一个作为统一标准的温标,理想气体温标,气体温度计:A。以某种气体(O2,He,H2,N2)作为测温物质。B。测温属性为 T(x)
6、=X C。根据测温参量的不同,气体温度计又可分为两种类型。,(1)定压气体温度计:(在测温过程中保持压强不变)测温属性为:T(V)=V 规定水的三相点为标准温度点,即 于是有:上式中的系数,(2)定容气体温度计:(在测温过程中保持体积不变)测温属性为:T(p)=p 规定水的三相点为标准温度点,即 于是有:上式中的系数,注意:定容气体温度计是较常用的,下面给出其工作 原理图。,定容气体温度计工作原理:上图是定容气体温度计的示意图。温度计由一个测温泡B和一个水银压强计组成,测温泡B内充有作为测温质气体。测温时,测温泡B 必须与待测物体热接触,并要上下移动压强计的右臂M,使左臂N中的水银面在不同温度
7、下始终固定在同一位置O上,以保持B内气体体积不变。当待测温度变化时,B 内气体的压强也变化,气体的压强可以由水银压强记测得。利用压强计所标示的压强就可以测定待测物体的温度。,气体温度计的缺点:我们来看一个用气体温度计测量水的汽点温度的实验结果,其实验结果如下图所示:,从以上实验数据可以看出:1、同种气体制作成的温度计,温度计中的气体压强不同,其测量结果也不同。2、温度计中的压强相同,但用不同气体制作成的温度计,其测量结果也不相同。3、当温度计中的压强趋于0 时,不管何种气体制成的温度 计,测得的水的汽点的温度都是相同的。即,就是由以上实验结果,导致了理想气体温标的建立。下面进行具体讨论:,以某
8、种气体作为测温物质制成定容气体温度计,下面讨论如何建立理想气体温标。测温物质:某种气体。测温属性:气体体积不变时气体的压强 p。以T表示温度,用p表示定容温度计B内气体的压强,规定温度T与压强p成正比。即线性关系:Tv(p)=.p.(1)(比例系数可根据纯水的三相点温度来确定)将测温泡置于纯水三相点瓶胆中,平衡后测得泡内气体压强为 pt r,此时泡内气体的温度为273.16K,由(1)式 得:=273.16K/pt r.(2),理想气体温标,(2)代入(1)得:Tv(p)=273.16K.p/pt r利用此式,根据温度计中气体压强p,便可确定待测系统的温度Tv(p)。实验表明:以不同气体为测温
9、物质,Tv(p)存在差异。但在ptr 降低时,差异逐渐消失,在ptr 0的极限下,亦即测温泡内的气体密度趋于零的极限下,它们趋于一个共同的极限值,这样定义的温标称为理想气体温标:,理想气体温标利用的是气体的性质,因此在温度低于液化温度时,此温标便失去意义。所能测量的最低温度为0.5 K(低压3He 气体)。,3、理论温标热力学温标(开氏温标,绝对温标):,(1)理想气体温标的缺点:实验发现,在极低的温度下(1K 以下)和极高的温度下(1000度以上),理 想气体温标就不适用了。(2)由于温度概念在热力学理论中的重要性,建立一个 完全不依赖于任何测温物质及其测温属性的温标是 十分必要的。1848
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