9.1 宏观和微观在线视频

同学们好

那么从这节课开始

我们将进入大学物理的热学部分

热学部分主要分三大块

第一块是分子和热学动理论

第二块热力学第一定律

第三块是热力学第二定律

第一部分主要由我来为大家讲解

首先我们介绍热学基本概念

首先热学的内容是什么

热学关注的内容是与冷热有关的物理规律

那么它关注的物理现象叫做热现象

从宏观上来讲就是与温度有关的现象

从微观上讲就是与热运动有关的现象

热学它的研究意义在于哪呢

首先呢热现象是普遍存在的

比如说人体有体温

大气有气温

太阳有一定的温度

宇宙呢它也有温度

这类现象是普遍存在的现象我们身边到处都有 因此我们有研究它的必要

第二呢人类关注热现象是从哪开始呢

是从能量转化这个过程开始的

我们都知道18世纪人类经过了第一次工业革命

第一次工业革命出现了热机

人们迫切希望提高热机的效率

所以从此大量的科学家投入研究

迅速地把热学建立起来

热学研究对象是什么呢

大量做无规则运动的粒子

这里面两个关键词

第一个呢，无规则运动

什么叫无规则运动

比如说一团气体的分子

对于一个某一个分子而言

由于分子的剧烈碰撞

它走的轨迹是这样一个非常曲折复杂的一个轨迹

这段轨迹几乎是不能预测的

它是一种无规则运动

第二个关键词就是大量

这个量要多大呢

它应该可以和阿佛加德罗常数10的23次方可以比较

这叫大量

举几个例子

比如地球上的全部大气

应该有10的44次方的分子数

每个人每次呼吸它的分子数应该有多少呢

大概是10的22次方个分子数

那么讲一个好玩的故事

比如说有一个人和宇宙同时诞生的

而且这个人数数很快一秒钟可以数100个数

那么他从宇宙诞生就开始数分子

数到现在也只数了10的-6次方摩尔

再举个有趣的例子

比如说我们把一摩尔每个数字换成一元钱的硬币

把这些硬币整整齐齐地堆起来

按照一万米高的高度堆

那么这一堆硬币有多少呢

它的面积相当与中国领土的5倍

可见这个数字有多么大

如果你把这些硬币的质量算一算呢

相当于地球总质量的千分之一

这个有多大呢

如果你把地球上所有的铁（矿石）都用来制作硬币远远不够

那么热学研究主要分成两个大的分支

第一种是宏观的

从现象学出发研究时间的规律

这个叫热力学

热力学呢 它的研究结果是可靠的

但是不能揭示各种热力现象的微观本质和它们的内在联系

第二种是从微观出发

这个叫统计力学

它从理论模型来出发研究具体的物理问题

那么它的特征是什么

能够解释各种热力现象的本质

但是缺点是没有热力学这种实验规律可靠

那么它对应的理论

在我们这堂课叫做分子的运动论

也就是所谓的分子的动理论

这门这堂课主讲的内容

统计力学的基本思想是什么

它实际上是这样的

我们把一个热力学的体系中的

宏观的物理量认为它是什么呢

它是体系中构成体系大量分子的微观的物理量的统计平均值

这就是它的基本思想

什么叫微观量呢

那比如说构成体系的微观粒子

它有可能使分子也可能是原子

也有可能是别的东西

这些分子原子的质量

它们的动量和能量就叫做微观量

这些量呢一般来说是不能直接观测的

而宏观量呢是表现体系整体的这样物理量

比如说一个体系的压强

它的温度它的体积这就是宏观量

宏观量可以分两类

第一类叫做强度量

它呢 特征是没有累加性

比如说压强比如说温度

第二种叫广延量

它具有累加性比如说整个一团气体的质量

其体积 总能量

那么举个例子比如说我有这么一团气体

那么如果有另外一团完全和它处在一样状态的气体

分子数也是和它一样多

我们把两团气体合在一起

那么你可以发现它的压强温度是不会发生变化的

这个就是强度量

那么另外一类呢

比如说它的总质量它的总体积

比如说是分子能量

它就会变成原来的二倍

这个就是广延量

那么广延量的基本特征就是和分子量成正比

那么统计力学研究问题的基本思路是这样的

我们从微观上单个粒子行为出发

然后呢利用统计规律研究大量粒子的平均的行为

从而得到宏观量的表达式

比如说我们认为压强是由大量粒子碰撞器壁产生的

那么我们就从一个粒子碰撞器壁出发

一个粒子碰撞器壁的时候

它会产生一个动量的变化

这个动量的变化就会给器壁一个冲量

那么我们可以从这个冲量获得

一个粒子对器壁的力

那么我们主要统计单位面积上

所有碰撞器壁的分子给器壁的冲量我们就可以获得

器壁上面感受到的压强

这个就是我们研究问题的基本思路

那最后呢我给大家留一个问题

假设构成体系的所有粒子都是带正电的

那么正电和正电之间由于库伦的排斥力

会有一个库伦势能

那么请问大家

这个库伦势能是不是广延量 为什么

那我这一节就讲到这 谢谢大家