课程简介
- 课程性质、目的
- 热学是物理专业的一门专业基础课，热学是研究物质的热运动及与热相联系的各种规律的科学。开设热学课程的目的,一方面使学生掌握物质热运动的特点、规律和研究方法, 掌握热学的基本概念、基本规律和基本理论。另一方面,注重对学生统计物理思想方法的理解和训练,为物理学后续的学习和研究打好基础。
- 课程内容简介
- 热学是研究物质的热运动及与热相联系的各种规律的科学。其研究方法有宏观理论和微观理论。热学主要研究热力学系统分子动理学理论的平衡态理论，输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论即气体中的输运现象,热力学系统与平衡态,热力学第零定律及温标, 热力学第一定律, 热力学第二定律和熵,固体、液体的热现象及相变。
- 基本要求
- 掌握平衡态、温度和温标,热量和内能,可逆与不可逆,熵和热力学第二定律,分布函数和统计平均,相变和克拉珀龙方程,理想气体和范德瓦尔斯方程等基本热学概念。
- 掌握麦克斯韦速率、速度分布, 玻耳兹曼分布, 能量均分定理, 粘性、热传导、扩散的宏观规律及微观机理, 热力学第零定律, 热力学第一定律, 热力学第二定律, 熵增加原理,汽化和液化及克拉珀龙方程等热学基本理论。
- 掌握应用各种物理模型研究和分析各种问题的能力；掌握 “系统的宏观性质是系统中分子微观热运动的统计表观”这个物理图象,加强熵的教学，突出统计概念和统计平均方法；掌握运用统计规律从微观本质上研究热学规律。
课程大纲
第一章导论——宏观部分
1.0绪论
1.1宏观描述方法与微观描述方法
1.2热力学系统与平衡态
1.3温度、经验温标
1.4绝对温标
1.5物态方程
本周讨论
导论宏观部分测试
第一章导论——微观部分
1.6物质的微观模型
1.7理想气体的微观模型
1.8理想气体微观描述的初步理论
1.9真实气体分子间作用力势能
1.10范德瓦斯方程
本周讨论
导论微观部分测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——概率论基础、麦克斯韦速率分布
2.1分子动理论与统计物理学
2.2概率论的基本知识
2.3概率分布函数
2.4分子射线束实验
2.5速度空间
2.6麦克斯韦速率分布
2.7分子速率的三种典型平均值
本周讨论
麦克斯韦速率分布单元测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——麦克斯韦速度分布、玻尔兹曼分布
2.8麦克斯韦速度分布
2.9相对于最概然速率的速度分量分布与速率分布
2.10由麦克斯韦速度分布到处气体分子碰壁数及压强公式
2.11等温大气压强公式
2.12玻尔兹曼分布
2.13旋转体中悬浮粒子径向分布 超离心技术
本周讨论
玻尔兹曼分布单元测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——能量均分定理
2.14单原子理想气体热容与内能
2.15自由度与自由度数
2.16能量均分定理
2.17能量均分定理的局限性
本周讨论
能量均分定理单元测试
第三章气体动理学理论的非平衡态理论
3.1黏性现象的宏观规律
3.2热传导现象的宏观规律
3.3扩散现象的宏观规律
3.4气体分子的平均自由程
3.5气体分子按自由程的分布
3.6气体输运系数的导出
3.7稀薄气体中的热导现象
本周讨论
非平衡态理论单元测试
第四章热力学第一定律——可逆与不可逆过程、热力学第一定律、等体等温等压过程
4.1可逆与不可逆过程
4.2功和热量
4.3热力学第一定律
4.4热容与焓
4.5理想气体内能 焦耳实验
4.6理想气体的等体、等压、等温过程
本周讨论
可逆与不可逆过程单元测试
第四章热力学第一定律——绝热过程、多方过程、热机、致冷循环
4.7理想气体的绝热过程
4.8理想气体的多方过程
4.9热机
4.10致冷循环
4.11焦耳-汤姆逊实验（节流）
本周讨论
热机单元测试
第五章热力学第二定律熵——两种表述、卡诺定理、克劳修斯等式、克劳修斯熵
5.1热力学第二定律的两种表述及等效性
5.2卡诺定理
5.3克劳修斯等式
5.4克劳修斯熵及计算
本周讨论
热力学第二定律单元测试
第五章热力学第二定律熵——熵增加原理、热力学第二定律数学表达、统计意义、熵的微观意义
5.5熵增加原理
5.6热力学第二定律的数学表达
5.7热力学第二定律的统计意义
5.8熵的微观意义
本周讨论
熵增加原理单元测试
第六章物态与相变
6.1表面张力与表面能
6.2弯曲液面附加压强
6.3润湿与不润湿 毛细现象
6.4气化与凝结
6.5真实气体等温线
6.6范德瓦斯等温线
6.7固液相变 固气相变 相图
6.8克拉珀龙方程
本周讨论
第六章物态与相变测试
1.0绪论
1.1宏观描述方法与微观描述方法
1.2热力学系统与平衡态
1.3温度、经验温标
1.4绝对温标
1.5物态方程
本周讨论
导论宏观部分测试
第一章导论——微观部分
1.6物质的微观模型
1.7理想气体的微观模型
1.8理想气体微观描述的初步理论
1.9真实气体分子间作用力势能
1.10范德瓦斯方程
本周讨论
导论微观部分测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——概率论基础、麦克斯韦速率分布
2.1分子动理论与统计物理学
2.2概率论的基本知识
2.3概率分布函数
2.4分子射线束实验
2.5速度空间
2.6麦克斯韦速率分布
2.7分子速率的三种典型平均值
本周讨论
麦克斯韦速率分布单元测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——麦克斯韦速度分布、玻尔兹曼分布
2.8麦克斯韦速度分布
2.9相对于最概然速率的速度分量分布与速率分布
2.10由麦克斯韦速度分布到处气体分子碰壁数及压强公式
2.11等温大气压强公式
2.12玻尔兹曼分布
2.13旋转体中悬浮粒子径向分布 超离心技术
本周讨论
玻尔兹曼分布单元测试
第二章气体动理学理论的平衡态理论——能量均分定理
2.14单原子理想气体热容与内能
2.15自由度与自由度数
2.16能量均分定理
2.17能量均分定理的局限性
本周讨论
能量均分定理单元测试
第三章气体动理学理论的非平衡态理论
3.1黏性现象的宏观规律
3.2热传导现象的宏观规律
3.3扩散现象的宏观规律
3.4气体分子的平均自由程
3.5气体分子按自由程的分布
3.6气体输运系数的导出
3.7稀薄气体中的热导现象
本周讨论
非平衡态理论单元测试
第四章热力学第一定律——可逆与不可逆过程、热力学第一定律、等体等温等压过程
4.1可逆与不可逆过程
4.2功和热量
4.3热力学第一定律
4.4热容与焓
4.5理想气体内能 焦耳实验
4.6理想气体的等体、等压、等温过程
本周讨论
可逆与不可逆过程单元测试
第四章热力学第一定律——绝热过程、多方过程、热机、致冷循环
4.7理想气体的绝热过程
4.8理想气体的多方过程
4.9热机
4.10致冷循环
4.11焦耳-汤姆逊实验（节流）
本周讨论
热机单元测试
第五章热力学第二定律熵——两种表述、卡诺定理、克劳修斯等式、克劳修斯熵
5.1热力学第二定律的两种表述及等效性
5.2卡诺定理
5.3克劳修斯等式
5.4克劳修斯熵及计算
本周讨论
热力学第二定律单元测试
第五章热力学第二定律熵——熵增加原理、热力学第二定律数学表达、统计意义、熵的微观意义
5.5熵增加原理
5.6热力学第二定律的数学表达
5.7热力学第二定律的统计意义
5.8熵的微观意义
本周讨论
熵增加原理单元测试
第六章物态与相变
6.1表面张力与表面能
6.2弯曲液面附加压强
6.3润湿与不润湿 毛细现象
6.4气化与凝结
6.5真实气体等温线
6.6范德瓦斯等温线
6.7固液相变 固气相变 相图
6.8克拉珀龙方程
本周讨论
第六章物态与相变测试