Chapter 7 热学知识

分子动理论

分子不停地做无规则运动并发生相互作用，决定了物质的三种基本形态：固态、液态、气态

• 物质由大量分子组成
  分子直径数量级约为$10^{-10}\mathrm{m}$

• 分子永不停息地做无规则热运动
  扩散现象和布朗运动都表明温度越高，分子运动越剧烈

  • 扩散现象(直接说明)
    不同物质相互接触时，由于分子的无规则运动，彼此进入对方的现象
    实例：
    • 墨水滴入水中逐渐散开
    • 花香在空气中传播
    • 金属块(如铅和金)长期接触后分子相互渗透
  • 布朗运动(间接说明)
    由于无数的分子的热运动不断碰撞悬浮在气体或液体中的颗粒，导致悬浮颗粒表现出无规则的持续运动
    颗粒越小、温度越高，运动越剧烈

• 分子间的相互作用力
  引力和斥力同时存在，合力取决于分子间距

  • $r = r_0$：平衡距离，分子力为0
  • $r < r_0$：斥力主导，表现为排斥
  • $r > r_0$：引力主导，随距离增大先增后减

物体的内能

• 分子动能
  由于物体的温度越高，分子无规则运动越剧烈，则分子的平均动能越高
• 分子势能
  由于分子间的相互作用力，分子间距影响了分子势能，所以分子势能与物体体积有关
  • $r = r_0$：分子势能最小
  • $r < r_0$：分子势能随分子间距减小而增大
  • $r > r_0$：分子势能随间分子间距增大而逐渐趋近于0

物体的内能是物体中所有分子的动能和势能的总和，任何物体都具有内能，与物体温度和体积都有关系

热力学温标

摄氏温标用$t$表示，单位摄氏度($^\circ \mathrm{C}$);
热力学温标用$T$表示，单位开尔文($\mathrm{K}$)

$$T = t + 273$$

热力学第一定律

$$\Delta U = Q + W$$

• $\Delta U$：内能变化量，若物体内能增加$\Delta U > 0$，若物体内能减少$\Delta U < 0$
• $Q$：热量，若物体从外界吸热$Q > 0$，若物体向外界放热$Q < 0$
• $W$：做功，若物体受外界做功$W > 0$，若物体对外界做功$W < 0$

能量守恒定律

能量既不会凭空产生，也不会凭空消失。
它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。
在转化或转移过程中，其总量不变

固体

性质	单晶体	多晶体	非晶体
原子排列	有序	单晶体内有序，晶体间无序	完全无序
各向异性	是	否	否
熔点	确定	确定	不确定
实例	石英、云母、食盐、糖、味精	金属（铜、铁）、盐块	玻璃、橡胶、沥青、松香

液体

液体没有固定的性质，说明液体分子间的相互作用力比固体小，同温度下扩散速度更快

浸润现象

液体与固体接触时，液体能否在固体表面铺展的现象。
实例：

• 浸润：水能浸润玻璃（液体铺展）；
• 不浸润：水银不浸润玻璃（液体收缩成球形）。

毛细现象

液体在细管（毛细管）边缘上升或下降的现象。
实例：

• 液体上升：水在玻璃管中上升（浸润液体）；
• 液体下降：水银在玻璃管中下降（不浸润液体）。

液晶

液晶是一种在固体和液体中的中间状态，既具有液体的流动性，又具有晶体的有序排列特性，显示各项异性。
液晶分子的排列不稳定，当外界电场、磁场、温度、压力等发生变化时，会改变液晶分子排列，从而改变液晶的某些性质。