第一节　热力学系统极其平衡态

例如。若以一台贮气罐内的气体作为所研究的系统，则罐外周围的物质（如空气或水等）就是外界，而罐壁近似的可看为该系统的边界。

热力学平衡态又称“热动平衡态”。它只是一种宏观上的“静寂状态”。而组成该系统的大量分子仍不停地作无规则热运动，只不过分子热运动总的平均效果不随时间变化而已。

如需要考虑分子本身大小，气体分子自由活动的空间要减小。

温标是温度的数值表示方法，是对温度计的零点和分度方法做的一种规定。

水的三相点是指水、冰和汽三者平衡共存时的温度和压强，其温度为273.16K，压强为610。51Pa

热力学温度是将水的三相点温度定位273.16K，而每1K是水的三相点温度的1/273.16，按照这样规定所给出的热力学温度数值称为开氏（即开尔文）温标。

严导淦编《物理学》第3版上册，p459～465，北京，高教出版社
程守洙、江之永编《普通物理学》第5版第一册，p264～267，北京，高教出版社
马文尉编《物理学》第4版上册，p177～179，北京，高教出版社
马文尉编《习题分析与解答》，北京，高教出版社
张三慧编《大学物理学》第2版第2册:热学，p1～14，北京，清华大学出版社
吴百诗编《大学物理学》修订版下册，p2～6，西安交通大学出版社
吴锡珑编《大学物理教程》第一册，p295～298，上海交通大学出版社

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　　　03-08-01
热力学系统及其平衡态
　　　状态参量

　　本节主要阐述了几个基本概念：热学的研究对象──热力学系统、平衡态以及气体的状态参量。

在热学中所研究的对象，都是由大量分子或原子组成的宏观物体或物体系统（如气体、液体、固体等），称为热力学系统，简称系统（或体系）。　　系统以外的物质统称为外界或环境。请看示例(见图)
若热力学系统不受外界影响，即系统与外界不交换任何能量（作功和传递能量）和物质，这种系统是完全封闭的，称为封闭系统。　　　　对于一个封闭系统，在经过相当长的时间后，此系统整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态。热力学系统所处的这种状态称为平衡状态，简称平衡态。　　系统处于平衡态时的另一特征，表现为系统内部没有宏观的粒子流动和能量流动。　　应当指出，热力学系统总是不可避免地会与外界发生程度不同的能量和物质传递，理想化的平衡态难以存在。如果系统的宏观性质变化很微小，可以忽略不计时，则系统的状态可以近似看成平衡态。　　　对一定量（即质量M 一定）的气体，当处于平衡态时，可以用压强p、体积V 以及温度T 等三个宏观物理量来描述其状态，这三者称为气体的状态参量。　　体积V 　在忽略气体分子大小的条件下，气体体积的意义是指气体分子自由活动的空间大小，即容器的容积。体积的单位是或另外还有l（升）。其换算关系为1升 = = 　　　　压强p　大量气体分子对容器壁碰撞的宏观表现是气体对器壁的压力。压力恒垂直于器壁表面。若以F 表示压力，S为器壁的表面积，则作用器壁单位面积上的压力叫压强，用 p表示，则　　压强的单位 SI制：帕斯卡，简称帕，其符号为　　　此外，也常用毫米汞高()和标准大气压(atm)作为压强的单位，它们之间换算关系为　　1 atm = 760 = 　　1 = 133.3 　　温度T 　温度是表征物体冷热程度的物理量，较热的物体具有较高的温度。在本质上，温度的高低反映了物体内部大量分子热运动的剧烈程度。　　温度的数值表示方法叫温标。各种各样温度计的数值都是由各种温标决定的，常用的有：　　热力学温度(旧称绝对温度)，用T 表示，在SI中，单位称为开尔文，符号为K。　　摄氏温度，用t表示，单位为，它与热力学温度的关系为t = T - 273.16 T- 273 　　当具有某一体积V 的一定量气体，在无外力场作用的条件下，处于平衡态时，气体内的温度T、压强p、密度（或分子数密度）等处处均匀一致。且三个状态参量(p，V，T) 存在着一定的关系。其中任一个参量是其余两个参量的函数。凡是表示在平衡态下这些状态参量之间关系的式子，都叫做气体状态方程。　　在以p为纵轴，以V (或T）为横轴的坐标系中，可以用一个点来表示气体的一个平衡态，这种图称为状态图。

p-V状态图	p-T 状态图

当一定量的气体与外界交换能量（通过作功或传递热量）时，它原来的平衡态受到破坏，经一定时间后，系统达到另一个新的平衡态。系统从一个平衡态变化到另一个平衡态，称为状态变化过程，简称过程。如果过程进行得十分缓慢，使经历的一系列中间状态都无限接近平衡态，这种过程叫做平衡过程(或准静态过程)。一个平衡过程在p-V图中可以用一光滑的曲线来表示。