第3篇　热　　学

热学是物理学的一个重要组成部分,是专门研究热现象规律及其应用的一门学科。热现象是不同于力学现象、电磁现象的另一类自然现象。生活中,冷热是人们对自然界一种最普通的感觉。当温度达到100℃以上时,水将发生气化,当温度降到0℃以下时,水将凝结成冰,即水的固、液、气三态的相互转化。夏天,自行车和汽车的车胎气体都不能加得太足,以免在行驶过程中由于温度过高气体膨胀而发生爆胎现象。诸如此类,引起热现象的根本原因是组成物体的大量微观粒子永不停歇的无规则热运动。正是热运动的存在引起我们对物体的“冷热”感觉,需要引进温度、热量等物理量来描述物体的冷热状态。热运动的存在还必然影响到物体的各种宏观性质。例如,物体热胀冷缩;随压强和温度的变化有不同物态之间的相互转变;当温度变化时,物质的电磁性质发生变化等。在热学中,具体的研究对象称为热力学系统,简称系统。热力学系统是由大量分子组成的。

人们对热力学系统的研究有两种截然不同的方法。

(1)热力学方法。热力学是研究热力学系统的宏观理论,是人们通过对热现象的观察、实验和分析,总结出来的宏观热现象所遵循的基本规律,包括热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律。

(2)统计物理学方法。统计物理学是研究热现象的微观理论,它从物质的微观结构出发,即是从组成物质的大量分子、原子的运动和相互作用出发,以每个微观粒子遵循的力学规律为基础,利用统计规律的方法推导出宏观物体所遵循的热学规律,也称统计力学。

由于热力学这几个基本定律是从大量实验和观测中总结出来的,都具有高度的准确性和普遍性,因此可以用来验证微观理论的正确性。但是由于这几个基本定律的结论均不涉及物质的内部结构,把物质看成连续体,应用连续函数来表示物质的性质,所以不能真实地反映物质实际的内部状态,表现出一定的局限性。因此,热力学与统计物理的研究对象相同,研究方法不同,互相补充,相辅相成,不能互相代替。

在本篇中,统计物理学只介绍气体分子运动论,简称为气体动理论,热力学只介绍最基本的概念与热力学第一定律、热力学第二定律。