平衡态和状态参量
平衡态
- 平衡态: 没有外界影响（无能量和物质的交换, 即孤立系统）, 系统各宏观性质不随时间变化
- 非平衡态: 平衡态以外的状态. 若无外界影响, 孤立系统的各部分宏观性质会自发地发生改变, 最终达到平衡态. 由此定义弛豫时间, 即系统由其初始非平衡态达到平衡态所需要的时间
- 稳定态: 系统各宏观性质不随时间改变的状态（可以和外界有物质能量交换）
平衡态的性质
动态平衡
微观量一直在变化, 但是宏观量不变
理想化条件
现实中不存在孤立系 当影响系统状态发生改变的外界条件的变化速率远小于弛豫时间时, 平衡态是现实情况的一个合理近似
同一系统是否可认为是平衡态依赖于关注的问题
例子: 碳14具有半衰期
- 研究碳材料的热运输性质 平衡态
- 考古确定年代 非平衡态
平衡态要求系统同时处于
- 力学平衡: 压强无变化, 无粒子流
- 热平衡: 冷热程度均匀, 无热流
- 化学平衡: 化学反应达到平衡, 化学成分和浓度无变化, 相平衡 例子: 重力场下的等温气体和静电场下的带电气体
状态参量
- 几何: 体积
- 力学: 压强
- 化学: 粒子数
- 电磁: 电磁场强度
- 热学: 温度
上述状态参量可以分为:
- 广延量: 依赖于系统的大小, 如 etc.
- 强度量或内含量: 与系统大小无关, 如 etc.
热力学第零定律和温度
热力学第零定律
绝热壁、透热壁和热接触
- 绝热壁: 位置固定且两边系统状态互不影响
- 透热壁: 位置固定且可以使两边系统相互影响
- 热接触: 由透热壁实现的接触
热平衡
热接触后两个系统的状态都将发生变化, 但经过足够长的时间后, 两个系统的状态将不再变化 这个时候, 复合系统将处于一个平衡态 而该平衡是在发生传热的条件下达到的, 故称为热平衡 处于热平衡的两个热力学系统进行热接触, 他们的状态不会发生变化
热力学第零定律
如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡, 则它们彼此也必定处于热平衡（即热平衡是一个等价关系） 有了热力学第零定律, 才能定义温度、测量温度
[! Note] 热力学第零定律定义温度 热力学第一定律定义内能 热力学第二定律定义熵
温度
一切互为热平衡的系统具有相同的温度 温度是系统自身热运动的宏观表现, 温度越高, 系统微观粒子无规则热运动越激烈 温度是一个可测量的宏观量, 热力学第零定律是用温度计测量温度的依据
温标
经验温标
经验上以某一种物质属性随温度的变化为依据并用经验公式进行分度的温标统称为经验温标
温标三要素
- 测温属性需要随温度有单调的、连续的、显著变化
- 固定点: 规定测温属性的某一值对应某一温度
- 分度法: 对测温属性随温度变化的关系作出规定 常见的经验温标: 摄氏温标、华氏温标
经验温标的优缺点
- 优点: 方便、快捷、经济
- 缺点: 不统一、不准确
- 不同的经验温标将得到温度的不同表示
- 采用同一种温标、但是选取不同的测温物质（或者同一种物质的不同测温属性）来测量统一对象的温度时, 所得的结果也不严格一致
理想气体温标
定容气体温度计
通过压强计（移动某臂使得和气体接触的水银面高度不变）来保证理想气体的体积不变, 然后读出气体的压强, 再通过来计算温度
理想气体温度计
- 测温物质和属性: 理想气体（各种稀薄气体）, 它们的压强或者体积
- 固定点: 水的三相点温度
- 分度法: 测温属性和温度成正比 不同理想气体温度计对同一对象的测量结果
- 气体的压强越低, 即气体越稀薄, 不同气体温度计的差别越小 优势
- 不依赖于任何一种气体的个性 劣势
- 不能用来测量极低温（低于气体的液化点）和极高温（高于）
热力学温标
- 不依赖于具体的测温物质、测温属性, 所以又称为绝对温标
- 建立在热力学第二定律的基础上, 可从Carnot热机的最大效率给出, 故称热力学温标
- 在理想气体所能确定的温度范围内, 等同于理想气体温标
- 热力学温度的 为绝对零度, 具有特别的物理意义 : 热力学第三定律
国际实用温标
- 选择一些纯物质的三相点、凝固点或者沸点作为固定点
- 规定在不同的待测温区域使用的标准测温仪器
- 给定爱不同的固定点之间标准测温仪器读数和国际温标值直接关系的内插值公式 温标之间的转换关系
- 华氏度和摄氏度
- 摄氏度和热力学温度
不同量级的温度
- 宇宙大爆炸后的:
- 实验室最高温度:
- 太阳中心:
- 地球中心:
- 氮沸点:
- 氦沸点:
- 宇宙背景温度:
- 实验室最低: (激光冷却法)