高二物理競賽平衡態(tài)狀態(tài)參量課件

第一章溫度一、平衡態(tài)○系統(tǒng)：研究的具體對象○外界：與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體

1.熱力學系統(tǒng)：由大量無規(guī)則運動的微觀粒子組成的物體或物體系系統(tǒng)與外界是絕對的嗎？§1、

平衡態(tài)狀態(tài)參量○開放系統(tǒng)：與外界有物質交換有能量交換的系統(tǒng)；○孤立系統(tǒng)：與外界無物質交換無能量交換的系統(tǒng)；○封閉系統(tǒng)：與外界無物質交換有能量交換的系統(tǒng)；○絕熱系統(tǒng)：與外界無物質交換有？？交換的系統(tǒng)。當系統(tǒng)與外界的相互作用小到可忽略時，可近似當作孤立系統(tǒng)。在不受外界影響的條件下（，），系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間變化的熱力學狀態(tài)。

2.熱力學平衡態(tài)熱力學狀態(tài)：質量一定的熱力學系統(tǒng)，在一定條件下總以某種形式存在，稱熱力學狀態(tài)。熱力學平衡態(tài)（平衡態(tài)，熱動平衡）：ABAB末態(tài)(平衡態(tài))

中間態(tài)(非平衡態(tài))絕熱容器初態(tài)(平衡態(tài))

真空隔板氣體自由膨脹p與穩(wěn)恒態(tài)的區(qū)別，穩(wěn)恒態(tài)不隨時間變化，但由于有外界的影響，故在系統(tǒng)內部存在能量流或粒子流。穩(wěn)恒態(tài)是非平衡態(tài)。對平衡態(tài)的理解應將“無外界影響”與“不隨時間變化”同時考慮，缺一不可。100oc0oc金屬桿金屬桿就是一個熱力學系統(tǒng)。根據平衡態(tài)的定義，雖然桿上各點的溫度將不隨時間而改變，但是桿與外界（冰、沸水）仍有能量的交換。一個與外界不斷地有能量交換的熱力學系統(tǒng)所處的狀態(tài)，顯然不是平衡態(tài)而是穩(wěn)定態(tài)。注意：不能單純把是否宏觀狀態(tài)不隨時間變化或是否處處均勻一致看作平衡態(tài)與非平衡態(tài)的判別標準?！鹣到y(tǒng)內部各部分不發(fā)生宏觀的相對運動——不作功○系統(tǒng)同外界及系統(tǒng)各部分之間無熱交換——不傳熱○系統(tǒng)呈多相（氣、液、固相），其各相不變——熱平衡；——力學平衡；——相平衡；——化學平衡。熱力學系統(tǒng)呈現(xiàn)平衡態(tài)的條件：○系統(tǒng)含多種化學成分，其化學組成不變

3.平衡態(tài)的特點：○單一性（p、T處處相等）；○物態(tài)的穩(wěn)定性（與時間無關）；○微觀上，粒子熱運動永不停息——熱動平衡；○不受外界影響的系統(tǒng)實際不存在——平衡態(tài)概念是相對的理想化情況。理想模型：平衡態(tài)是一定條件下對實際情況的概括和抽象。

自然界中平衡是相對的、特殊的、局部的與暫時的，不平衡才是絕對的、普遍的、全局的和經常的。二、狀態(tài)參量

系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，一些可用以確定其性質的宏觀物理量?！馉顟B(tài)參量用以表征系統(tǒng)的宏觀性質；○狀態(tài)參量可測量，但須系統(tǒng)達到平衡態(tài)時，否則無意義；○幾何參量V、力學參量p、化學參量ν、和電磁參量等。在平衡時，均是與時間和空間位置無關的參量。注意：

如果在所研究的問題中既不涉及電磁性質又無須考慮與化學成分有關的性質，系統(tǒng)中又不發(fā)生化學反應，則不必引入電磁參量和化學參量。此時只需體積和壓強就可確定系統(tǒng)的平衡態(tài)，我們稱這種系統(tǒng)為簡單系統(tǒng)（或pV系統(tǒng)）。大爆炸后宇宙溫度

1039℃氫彈爆炸中心

108℃太陽中心

1.5107℃地球中心

4000℃月亮向陽面

127oC吐魯番盆地最高溫度

50oC穿衣保持最佳舒適感時，皮膚平均溫度

33℃地球表面平均溫度

15oC水的三相點

0.01℃最低溫度？最高溫度？激光管內正發(fā)射激光的氣體

<-273.15oC(負溫度)地球最低氣溫

-130℃氦在一大氣壓下的沸點

-270.15oC～-268.15oC理論最低溫度

-273.15oC二、熱平衡定律（熱力學第零定律）

若隔板為“導熱板”（如圖b），則A，B兩系統(tǒng)狀態(tài)不能獨立地改變，一個系統(tǒng)狀態(tài)的變化會引起另一系統(tǒng)狀態(tài)的變化。金屬板即為導熱板。通過導熱板兩個系統(tǒng)的相互作用叫熱接觸。

通過導熱板進行熱接觸的兩個系統(tǒng)組成一復合系統(tǒng)，當復合系統(tǒng)達到平衡態(tài)時，我們就說兩個系統(tǒng)處于熱平衡。若兩個熱力學系統(tǒng)中的每一個都與處于確定狀態(tài)的第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡，則這兩個熱力學系統(tǒng)彼此也處于熱平衡。ACBACB（1）（2）AB在與外界影響隔絕的條件下，兩物體通過熱接觸后達到平衡態(tài)，兩物體已經建立了熱平衡。AB絕熱壁思考：在與外界影響隔絕的條件下，如果處于確定狀態(tài)下的物體C分別與物體A、B處于熱平衡，那么物體A和B處于熱平衡嗎？○處于同一熱平衡狀態(tài)的所有熱力學系統(tǒng)應當具有某種共同的宏觀性質；○表征系統(tǒng)處于同一熱平衡狀態(tài)這一宏觀性質的物理量是一個狀態(tài)函數(shù)——溫度；說明：○溫度是熱學中特有的物理量，它決定某一系統(tǒng)與其它系統(tǒng)是否處于熱平衡。一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。○溫度反映組成系統(tǒng)的大量微觀粒子無規(guī)則運動的劇烈程度。實驗表明，將幾個達到熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)分開之后，并不會改變每個系統(tǒng)的熱平衡狀態(tài)。這說明，熱接觸只是為熱平衡的建立創(chuàng)造條件，每個系統(tǒng)熱平衡時的溫度僅決定于系統(tǒng)內部熱運動的狀態(tài)。思考：

請用溫度的概念解釋日常對冷熱的體驗：

三、溫