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。
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。”
接下来,张朝阳讲解热力学第一定律。他指出,系统内能的变化,包含两个方面。一方面,我们可以直观地看到,系统体积变化导致功的变化;另一方面,高温物体与低温物体接触时温度会下降,系统内能也会减少,我们把这种非功方式传递的能量叫做热量,用Q表示。系统内能的增加量,等于其吸收的热量đQ与外界对其做的功đW的总和,这就是热力学第一定律。他特别说明,“đ这个符号表示热传递或做功是与具体过程有关的,并不是只与系统的状态有关。而内能U只与系统的状态有关,是状态函数,与系统的具体变化过程无关,仍然用dU表示。”
作为热力学的一个应用实例,张朝阳基于绝热公式,再次推导了声速,并强调用等温过程是错误的且不能与实验符合,因为声波在空气中传播时,空气振动得很快,气体来不及进行充分的热交换,所以须按绝热过程处理,才更与实际接近,从而计算得到正确的声速。