1、1第一章第一章 熱力學與統計熱力學與統計l 熱學發展簡史熱學發展簡史l 熱的本質熱的本質運動運動l 熱力學的四個定律熱力學的四個定律l 波爾茲曼與統計力學波爾茲曼與統計力學l 麥克斯韋妖和信息熵麥克斯韋妖和信息熵2B1.3、熱力學的四個定律、熱力學的四個定律3一、熱力學第零定律一、熱力學第零定律如果兩個系統分別與處于確定狀態的第三個系統達如果兩個系統分別與處于確定狀態的第三個系統達到熱平衡，則這兩個系統彼此也將處于熱平衡。到熱平衡，則這兩個系統彼此也將處于熱平衡。1、溫度經驗、溫度經驗人體感覺：反映物體冷熱程度。人體感覺：反映物體冷熱程度。缺點：主觀經驗只能給出定性的判斷，有時甚至會缺點：主觀

2、經驗只能給出定性的判斷，有時甚至會判斷出錯。判斷出錯。ABABC熱力學第零定律表明，處在同一平衡態的所有熱力熱力學第零定律表明，處在同一平衡態的所有熱力學系統都有一個共同的宏觀性質，這個決定系統熱學系統都有一個共同的宏觀性質，這個決定系統熱平衡的宏觀性質的物理量可以定義為平衡的宏觀性質的物理量可以定義為溫度溫度。4溫度的數值表示法稱為溫度的數值表示法稱為溫標溫標，表達溫標的具體裝置，表達溫標的具體裝置為為溫度計溫度計。溫度計溫度計測溫屬性測溫屬性水銀溫度計水銀溫度計體積體積酒精溫度計酒精溫度計體積體積鉑電阻溫度計鉑電阻溫度計電阻電阻鉑鉑- -鐒熱電偶溫度計鐒熱電偶溫度計 熱電動勢熱電動勢定容氣

3、體溫度計定容氣體溫度計壓強壓強定壓氣體溫度計定壓氣體溫度計體積體積不同溫度計測量同一對象的溫度時，除冰點和沸點不同溫度計測量同一對象的溫度時，除冰點和沸點按規定相同外，其他溫度的指標并不嚴格一致。按規定相同外，其他溫度的指標并不嚴格一致。5氣體的宏觀狀態可以用氣體的宏觀狀態可以用V、P、T 描述。描述。問題問題:改變氣體宏觀狀態的途徑有哪些？改變氣體宏觀狀態的途徑有哪些？做功做功與與傳遞熱量傳遞熱量效果相同，但本質差別大。效果相同，但本質差別大。做功做功：做功總是通過物體的宏觀位移來完成的，所：做功總是通過物體的宏觀位移來完成的，所起的作用是系統外物體的有規則運動的能量與系統起的作用是系統外物

4、體的有規則運動的能量與系統內分子無規則運動能量之間的轉換，從而改變系統內分子無規則運動能量之間的轉換，從而改變系統的內能的內能。A傳遞熱量傳遞熱量：是通過分子之間的相互作用來完成的，：是通過分子之間的相互作用來完成的，所起的作用是系統外物體的分子無規則運動能量與所起的作用是系統外物體的分子無規則運動能量與系統內分子無規則運動能量之間的轉換從而也改變系統內分子無規則運動能量之間的轉換從而也改變系統的內能。系統的內能。Q6VAF rpS rp V 7二、熱力學第一定律二、熱力學第一定律1、熱力學第一定律的誕生史、熱力學第一定律的誕生史羅伯特羅伯特 邁爾的靈感邁爾的靈感（哲學）（哲學）焦耳的實驗焦耳

5、的實驗（實驗）（實驗）亥姆霍茲的貢獻亥姆霍茲的貢獻（理論概括和數學論證）（理論概括和數學論證）職業：醫生職業：醫生職業：商人職業：商人職業：醫生職業：醫生啟迪：啟迪：l 科學理論的創新有賴于科學理論的創新有賴于“思維的跳躍思維的跳躍”；l 科學理論的起點可以不清楚；科學理論的起點可以不清楚；l 科學理論的起點可以不合理；科學理論的起點可以不合理；l 科學的生命力在于知識雜交，科學發展需要通才?？茖W的生命力在于知識雜交，科學發展需要通才。8啟迪：啟迪：l學在廣博，不在專狹；學在形成自由奔放的動態思學在廣博，不在專狹；學在形成自由奔放的動態思想模式，而不能讓專業思維僵化。想模式，而不能讓專業思維僵

6、化。科學的發展，科學的發展，人類的生存和發展，需要廣博而遠大的見識。人類的生存和發展，需要廣博而遠大的見識。l熱力學第一定律的建立過程，說明一個物理定律的熱力學第一定律的建立過程，說明一個物理定律的確立，絕非一兩個人所能做到的，需要一批科學家，確立，絕非一兩個人所能做到的，需要一批科學家，在相當長的時間內，經過艱苦的努力才能完成。在相當長的時間內，經過艱苦的努力才能完成。92、熱力學第一定律、熱力學第一定律系統在終態系統在終態B和初態和初態A的內能差等于過程中外界對系的內能差等于過程中外界對系統所作的功與系統從外界所吸收的熱量之和。統所作的功與系統從外界所吸收的熱量之和。第一類永動機不可能制成

7、。第一類永動機不可能制成。 等溫過程等溫過程 等容過程等容過程 等壓過程等壓過程 絕熱過程絕熱過程過程：過程：UWQ 10例例 一系統沿圖中的路徑一系統沿圖中的路徑acb從態從態a 變化到態變化到態b時，它吸收熱量時，它吸收熱量80J，對外做功，對外做功30J，問：，問：（1）若系統沿路徑）若系統沿路徑adb從態從態a 變化到態變化到態b時，對外做功時，對外做功10J，它吸收熱量多少？，它吸收熱量多少？（2）若系統從態）若系統從態b沿圖中曲線路徑回到態沿圖中曲線路徑回到態a，外界對它做功，外界對它做功20J，它吸收熱量多少？，它吸收熱量多少？aOVPbcd11卡諾熱機：卡諾熱機：假設工作物質只

8、與兩個恒溫熱源交換熱量，即沒有假設工作物質只與兩個恒溫熱源交換熱量，即沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗能量因素存在，這種熱機散熱、漏氣、摩擦等損耗能量因素存在，這種熱機稱為稱為卡諾熱機卡諾熱機。其工作物質所進行的循環過程稱為。其工作物質所進行的循環過程稱為卡諾循環卡諾循環?？ㄖZ關于卡諾循環的分析研究和結論對于生產實踐和熱學卡諾關于卡諾循環的分析研究和結論對于生產實踐和熱學理論都很有價值，所以卡諾被稱為理論都很有價值，所以卡諾被稱為“熱力學的創始人熱力學的創始人”。12三、熱力學第二定律三、熱力學第二定律不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變為有用功而不可能從單一熱源吸取熱量使之完全變為有用功而不產生其他

9、影響。不產生其他影響。開爾文表述：開爾文表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。他變化?？藙谛匏贡硎觯嚎藙谛匏贡硎觯旱诙愑绖訖C不可能制成。第二類永動機不可能制成。l熱熱功轉化的非對稱性功轉化的非對稱性l熱量傳遞的非對稱性熱量傳遞的非對稱性13熱力學第二定律實質上反映了自然過程的不可逆性。熱力學第二定律實質上反映了自然過程的不可逆性。在局域范圍內，物理學定律都具有時間對稱性，但在局域范圍內，物理學定律都具有時間對稱性，但在宏觀尺度上卻呈現了時間的不對稱性。在宏觀尺度上卻呈現了時間的不對稱性。啟迪：啟迪：l 一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的。一切與熱現象有關的實際宏觀過程都是不可逆的。l我想返老還童是有難度的！我想返老還童是有難度的！14 不可逆過程的基本特征：不可逆過程的基本特征： 沒有達到力學平衡，系統與外界之間存在有限沒有達到力學平衡，系統與外界之間存在有限大小的壓力差；大小的壓力差； 沒有達到熱平衡，系統與外界之間存在有限大沒有達到熱平衡，系統與外界之間存在有限大小的溫度差；小的溫度差； 沒有消除摩擦、電阻等耗散因素。沒有消除摩擦、電阻等耗散因素。問題問題:自然過程進行的方向？自然過程進行的