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，他从热力学第零规则出发，引出温度的概念，推导内能与温度的联络。接着说明热力学榜首规则，结合理想气体情况方程，推导绝热进程中压强与体积的联络。还介绍了理想气体卡诺循环进程，在压强-体积相图上制作各段曲线并具体说明。最终，演示了根据以上内容的运用实例，经过理想气体绝热方程和情况方程核算得到气体中的声速。
热力学第零规则：热平衡的传递性
张朝阳从热力学第零规则说起。他介绍，将两个物体接触，它们可以有能量的沟通，原本各自的情况或许产生改动。经过足够长的时间，不再有净的能量沟通，到达新的稳定情况，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，实验标明，物体 B 与 C 也必定处于热平衡。这种“热平衡的传递性”就是热力学第零规则。
他说，“互为热平衡的物体必有一一起的物理性质，这个性质确保它们在热接触时到达热平衡，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情况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。”
▲ 张朝阳说明热力学第零规则
“不仅如此，实验还发现，物体处在不同温度时，其体积会产生改动，这样就可以使用体积这一可直观丈量的情况参量来表征温度，这就是水银温度计的原理。”他具体解释说，人们把水的冰点定义为 0 度，水的沸点定义为 100 度，再使用物体热胀冷缩的性质，将 0 度与 100 度的体积改动分为 100 等分，定义体积每添加一份就添加 1 度，然后完结了摄氏温度的数值定义。当然，这只是一种根据经历的近似的处理方法。
“有了温度的值，就可以定量地研讨和描绘物体各个参量与温度的联络。”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联络。虽然气体纷歧起，对应的线性系数也不同，但若将不同气体的体积-温度联络画在一张图上，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开端零点，而温标间隔保持不变，则相应的温度称为开尔文温度，用 T 来标明，单位缩写为 K。理想气体的体积依然与开尔文温度 T 成线性联络，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 之间的线性联络，最终得到理想气体的情况方程是 pV=NkT，其间 N 为理想气体粒子数，k 为玻尔兹曼常数。别的压强 p 还可以由气体粒子撞击容器壁的微观图画描绘：
“将理想气体的压强表达式与微观图画的压强表达式结合起来，可以得到气体粒子均匀动能与温度之间的联络。”他得出榜首个结论。
“从微观上讲，温度表征了气体粒子运动的剧烈程度。温度越高，微观粒子运动越剧烈，气体越热。”他还奉告网友，根据能量均分定理，以上公式标明每个安闲度上均匀分配的能量是 1/2 kT，假设在某温度下理想气体粒子可以激起的安闲度总共为 i，那么理想气体的总内能为 U=i / 2 NkT=1/(γ-1) NkT，其间 γ 是新引入的参量，其含义会在后边的绝热胀大中体现出来。
热力学榜首规则：能量守恒与转化
接下来，张朝阳说明热力学榜首规则。他指出，系统内能的改动，包括两个方面。一方面，我们可以直观地看到，系统体积改动导致功的改动；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，我们把这种非功方法传递的能量叫做热量，用 Q 标明。系统内能的添加量，等于其吸收的热量đQ 与外界对其做的功đW 的总和，这就是热力学榜首规则。
他特别说明，“đ这个符号标明热传递或做功是与具体进程有关的，并不是只与系统的情况有关。而内能 U 只与系统的情况有关，是情况函数，与系统的具体改动进程无关，依然用 dU 标明。”
▲ 张朝阳说明热力学榜首规则
随后，张朝阳使用热力学榜首规则和理想气体情况方程，研讨绝热进程中情况参量的联络。他介绍说，绝热进程是指系统改动时与外界无热量沟通，也就是đQ=0，那么内能的添加就是外界对系统做的功，也等于负的系统对外界做的功。压强为 p，系统外表积为 A，相应压力为 pA，此面积向外移动 dl 的间隔，那么由热力学榜首规则可知，绝热进程的内能改动为 dU=đW=-pAdl=-pdV，其间 V 是系统的体积，dV=Adl 是系统体积的改动。
而由上一末节可知理想气体内能与温度的联络 U=1/(γ-1) NkT，结合理想气体情况方程 pV=NkT，就可以得到内能与体积和压强的联络 U=1/(γ-1) pV。将它带回绝热进程的热力学榜首规则公式，可得 1/(γ-1) d (pV)=-pdV，解此微分方程，即可得到理想气体绝热方程：
其间 C 为常数，可由该进程中恣意情况下的压强与体积承认。以上绝热方程显现了绝热进程中压强 p 与体积 V 的联络，其间 γ 大于零，所以当体积 V 增大时，压强减小。
卡诺循环与相图：高温低温两热源，等温绝热围成圈
用来描绘系统情况的参量一般是压强 p，体积 V 和温度 T，承认了其间 2 个参量便可以由系统情况方程得到余下的参量，也就是说，实践只需 2 个参量就可以承认系统的情况。任选其间 2 个参量，别离作为横、纵坐标组成相图，则相图上的一个点代表系统的一个情况，而一条曲线可以描绘系统的改动进程。相图可以清楚地展现卡诺循环进程。
张朝阳举了个风趣的例子来描绘卡诺循环。先取温度为 T1 的理想气体，放到带有活塞的气缸里，将气缸放入温度相同为 T1 的大湖里，把理想气体从深水区缓慢上浮到浅水区，理想气体压强减小体积胀大，但因为一向泡在大湖里，其温度恒定为 T1，这就是一个等温胀大进程。由理想气体情况方程 pV=NkT，可以在相图中画出对应的改动曲线，标记为 T1。
接着把理想气体拿出湖，而且不跟外界任何其他物体接触，而只用一个很尖的东西去抵住活塞提供压力，这样导热就非常差，然后缓慢减小压强使气体持续胀大，直到温度下降为 T2 停止。这个进程因为气体与外界没有热沟通，所以是绝热胀大进程，根据刚刚推导出来的绝热公式，γ 大于 1，压强会随体积的增大而下降，且比 T1 恒温胀大时下降得更快。反映到相图上，绝热胀大进程就是右边那条联接等温线 T1 与 T2 的曲线。接着把温度为 T2 的理想气体放到另一个温度为 T2 的湖里，并往深处走使得压强缓慢增大，对气体进行温度为 T2 的等温紧缩，对应图中 T2 的等温曲线。
他持续推导说，最终一步，把气体取出湖进行绝热紧缩，回到开端情况，这就完结一个完好的循环，该进程称为卡诺循环。对应于相图里加粗的闭合曲线。由外界对理想气体的做功公式đW=-pdV，可知闭合圈中的面积就是这个进程中理想气体对外做的总的正功。由热力学第二规则，还可以知道理想气体整体吸收了外界的热量。
▲ 张朝阳介绍卡诺循环及其相图
作为热力学的一个运用实例，张朝阳根据绝热公式，再次推导了声速，并强调用等温进程是错误的且不能与实验符合，因为声波在空气中传达时，空气振荡得很快，气体来不及进行充分的热沟通，所以须按绝热进程处理，才更与实践挨近，然后核算得到正确的声速。
