《张朝阳的物理课》带你理解热力学基本定律本文转自：北青网2月25日19时

本文转自：北青网
2月25日19时，《张朝阳的物理课》第三十一期开播。搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间，他从热力学第零定律出发，引出温度的概念，推导内能与温度的关系。接着讲解热力学第一定律，结合理想气体状态方程，推导绝热过程中压强与体积的关系。还介绍了理想气体卡诺循环过程，在压强-体积相图上绘制各段曲线并详细讲解。最后，演示了基于以上内容的应用实例，通过理想气体绝热方程和状态方程计算得到气体中的声速。

文章图片

文章图片

直播开场，张朝阳在小白板上写下“www.sohu.com” ，他向网友解释道， “2月25号，是我们24年前创立搜狐的日子。所以白天忙的不得了，物理课推迟到晚上7点。”有感于时事变化，他告诫网友， “一周以来，国际上发生了很多大事，但不管这个世界怎么变，学习不能停。”而后，他继续介绍今天的课程重点， “我们物理课学了三十多期，有时候需要回来复习一下。今天要重新理解热力学的基本定律。”
热力学第零定律：热平衡的传递性
张朝阳从热力学第零定律说起。他介绍，将两个物体接触，它们可以有能量的交换，原来各自的状态可能发生变化。经过足够长的时间，不再有净的能量交换，达到新的稳定状态，也就是说，这两个物体处于热平衡了。现在考虑三个物体A ， B ， C ，若物体A与B处于热平衡，且物体A与C也处于热平衡，实验表明，物体B与C也必然处于热平衡。这种“热平衡的传递性”就是热力学第零定律。
他说， “互为热平衡的物体必有一共同的物理性质，这个性质保证它们在热接触时达到热平衡，可以把表征物体这一性质的量称做温度。这样处于同一热平衡状态下的物体具有相同的温度，不同的温度代表处于不同的热平衡态。”

文章图片

文章图片

（张朝阳讲解热力学第零定律）
“不仅如此，实验还发现，物体处在不同温度时，其体积会发生变化，这样就可以利用体积这一可直观测量的状态参量来表征温度，这就是水银温度计的原理。”他详细解释说，人们把水的冰点定义为0度，水的沸点定义为100度，再利用物体热胀冷缩的性质，将0度与100度的体积变化分为100等分，定义体积每增加一份就增加1度，从而完成了摄氏温度的数值定义。当然，这只是一种基于经验的近似的处理方法。
“有了温度的值，就可以定量地研究和描述物体各个参量与温度的关系。”张朝阳边写边说，实验上发现，在固定的压强下，理想气体的体积与温度呈线性关系。虽然气体不同时，对应的线性系数也不同，但若将不同气体的体积-温度关系画在一张图上，这些直线都会与t轴交于同一点，此时的t值为-273.15摄氏度，称为绝对零度。
若以绝对零度代替水的冰点作为温度的起始零点，而温标间距保持不变，则相应的温度称为开尔文温度，用T来表示，单位缩写为K 。理想气体的体积仍然与开尔文温度T成线性关系，但与摄氏温度不同的是，当开尔文温度T=0K时，不同理想气体的体积也都取为0了。实验还测定了固定体积时，气体压强p与温度T之间的线性关系，最终得到理想气体的状态方程是pV=NkT ，其中N为理想气体粒子数， k为玻尔兹曼常数。另外压强p还可以由气体粒子撞击容器壁的微观图像描写：