【湿度计】用以测定空气的绝对湿度或相对湿度的仪器，称为“湿度计”。种类很多，有干湿球温度计，毛发湿度计，通风干湿计，自记湿度计，露点湿度计等。

【露点】使空气中所含有的水蒸汽达到饱和状态而结露时的温度叫做“露点”。它是表示大气干湿程度的方式之一。在水汽无增减、气压不变的情况下，空气中的水蒸气由于冷却而达到饱和时的温度。当气温与露点的差值越小，表示空气越接近饱和，空气的相对湿度则越高。例如，在某一气压下，测得空气的温度是20℃，露点是12℃，从表中查到20℃时的饱和蒸汽压为2328Pa（17.54毫米汞柱），12℃时的饱和蒸汽压为1402.3Pa（10.52毫米汞柱），则此时。

空气的绝对湿度P=1402.3Pa，

露点的高低和大气的湿度有关。当大气的相对湿度大时露点高，相对湿度小则露点低。若露点在冰点以上，即变成雨、露、云、雾。若在冰点以下，则生成霜、雪、雹等。

【露】空气在较冷的物体表面上凝结成的水滴，这一现象多发生在夜间的户外。例如，天黑后植物或岩石等物体会放出热量而冷却。周围温暖、潮湿的空气，与物体相接触部分，达到饱和状态而成结晶水，附于其上便为露，它是属于液化的现象。这一现象多发生在夏秋之间，因这一时期的昼夜温差较大。

【骤雨】夏季烈日当头，地面水汽上升，易形成剧烈的上升气流，形成乱积云。大粒水滴下落，形成倾盆大雨，并拌有雷声，亦称暴雨。

【雾】白天太阳照射地面，地面吸收并积蓄了大量的热。夜间，热就开始向空中散发而使地面温度降低。如冷至露点以下，就会使接近地面的水蒸汽达到饱和状态。这些饱和水汽就以空气中的烟尘为核心，而凝结为细小的水滴，浮游于空中，如白气，是为雾。雾滴的直径在0.03毫米～0.04毫米。雾的形成条件必须是无风或风力极微弱的情况下，同时要有凝结核，空气还必须冷至雾点以下才行。中国四川的重庆及英国的伦敦，由于地理位置及环境的因素，经常出现大雾，故称之为雾都。

【雾冰】由雾凝冻而成的白色不透明的小粒状的冰晶。在浓雾中当气温降至0℃以下，雾的水滴在物体或冰的表面凝冻而成的。它不像霜一样的结晶，而是小粒状的冰集合体。

【凝结】物质由气相转变为液相的过程，称为凝结，即液化的过程。使蒸汽凝结成液体，在凝结过程中放热。如果蒸汽单独凝结，则常以凝结核为中心而形成液滴，如雾。若蒸汽与液体共存，则凝结一般在液体表面发生。见“液化”条。

【凝结核】蒸汽在凝结过程中，常是以气中的尘埃、杂质颗粒或带电粒子为中心，在它们周围开始凝结，这些起凝结作用的颗粒称作凝结核。如果蒸汽中缺少这种凝结核，则蒸汽将不会凝结，而会成为过饱和蒸汽。

【气泡室】类似于云室，它用高压过热液体取代云室中的过饱和蒸汽。所用的液体通常为液态氢或丙烷等。当液体处于过热状态时，尽管液温已超过正常沸点亦不沸腾。此时若有带电粒子通过，在粒子经过的路径上液体被电离。而这些离子的周围便产生一些小气泡，因而就显示出带电粒子的径迹。

【升华】固态物质不经过液态过程，直接蒸发变成蒸汽的过程叫做“升华”。升华是一个吸热过程，一般在常温和常压下，任何固体表面都会发生升华现象。例如，碘化钾、干冰、硫、磷、樟脑等物质都有很显著的升华现象。从微观角度来看，晶体表面的分子挣脱其他分子的吸引，而跑到晶体外面去成为蒸汽分子的过程就是升华。在三相点的压强以下加热时，固相物质就可以不经过液相而直接变成气相。例如，樟脑丸的逐渐变小，冬天晾在室外结了冰的衣服会变干，这就是升华的结果。

【升华热】是单位质量的物质升华时所吸收的热量，也等于单位质量的同种物质在相同条件下的熔解热与汽化热之和。升华实际上是晶体中的微粒直接脱离晶体点阵结构而转变成为气体分子的现象，把能使1千克物质升华时所吸收的热量称为升华热。如用r表示升华热则有

式中m为升华了的物质的质量；Q为升华时吸收的热量，它的单位也是焦耳/千克。

在升华过程中，微粒一方面必须要克服粒子间的结合力做功，另一方面还要克服外界的压强而做功。根据能量守恒定律，此时必定要从外界吸收热量。因此升华热在数值上与熔解热和汽化热之和相等。其关系式为

r=λ+L。

【干冰】它是固态的二氧化碳（CO₂），雪白色，熔点为-78.5℃，能从固态直接升华为气态。在常压下蒸发时可得—80℃左右的低温，减压下蒸发时则温度更低。主要用于食品工业及作致冷剂，亦可用为人工降雨的化学药剂。

【凝华】物质由气态不经液态，而直接转变为固态的过程叫做“凝华”。在这个过程中物质放出热量而降低温度。单位质量的气态物质凝华时，所放出的热量叫做凝华热。在相同的温度状态下同种物质的升华热等于凝华热，且等于相同条件下，它的汽化热和熔解热的和。例如，空气中的水蒸汽遇冷直接凝结于物体的表面，而成霜。

【霜】当气温降至0℃以下，空气中的水蒸汽不经液态而凝华在地面物体表面呈白色的结晶体，叫做霜。霜一般出现于晴朗天气无风的夜晚或清晨。早霜多在晚秋出现，而晚霜则在早春时产生。霜的出现一般受局部地区影响很大，尽管在同一地区，同一时间里，不一定处处都见到霜。在有霜季节，往往伴随霜冻出现。霜是凝华的表现。北方霜降一般在10月底，为初霜期。植物在冷暖过渡季节因周围气温短时间降低到0℃或0℃以下可能遭受冻害。但出现霜冻时霜不一定出现。

【霰】为白色不透明球形或圆锥形的固体降水物，直径比米雪大，2～5毫米。这是由过冷水滴碰撞在冰晶（或雪花）上冻结所致，落地后会反跳，且易破碎。霰多在落雪前在一定对流强度的云中降落，多为阵性降落。

【雹】为球形，圆锥形或不规则形体的冰块，直径大小不一，常见的5～50毫米，也有直径约30厘米的大冰雹。雹常自升降气流特别强烈的积雨云中降落。雹一般是由霰在积雨云中随气流多次升降，不断与沿途雪花、小水滴等合并，形成具有透明与不透明交替层次的冰块。在它增大到一定程度时，上升气流支持不住而降落到地面，俗称冰雹。降雹为阵性，但其危害性却极大。

【三相图】当固体升华时，若固体和它的蒸汽达到动态平衡，则此时的蒸汽叫做饱和蒸汽，它的压强就叫做饱和蒸汽压强。如图2－12P—T图的曲线OS，叫做升华曲线。它表示固、气两相共存时的温度和饱和蒸汽压强之间的关系。P、T两个参量中，只要确定任何一个，则另一参量即可确定，但它们都不能任意选定。图2－12所示的P—T图为三相图。它表示固、液、气三相存在的条件以及相互转变的情况。如果固、液、气三相是平衡共存的，则温度和压强都是确定的，没有哪一个参量可以任意选取。因此，这三条曲线的公共交点O便表示了三相共存的状态，故称做三相点，例如，水的相点的温度是0.01℃（即273.16开），压强是546.84Pa（4.851毫米汞柱）。

任一物质都有它独特的相图，特别是在冶金工艺方面，相图是重要的依据。掌握三相图可控制相变的条件。由于三相共存是一个不变的系统，三相点是不受其他条件影响而确定的状态，所以，三相点温度是一个确定的温度。为此，才选取三相点的温度作为制定温标的参考点。

【能量守恒定律】在自然界里所发生的一切过程中，能量既不会消灭，也不会创生，它只能从一种形式转变为另一种形式或从一个物体转移到另一个物体，而能的总量保持不变。这个规律叫做“能的转化和守恒定律”。或者说，任一封闭系统，无论发生什么变化，其能量的总值保持不变。这一定律包括定性和定量两个方面，在性质上它确定了能量形式的可变性，在数值上肯定了自然界能量总和的守恒性。一种能量的减少，总是拌随某种能量的增加，一减一增，其数值相等。各种不同形式的运动（机械运动、热运动、电磁运动等等）都具有相应的能量，因而这一定律是人类对自然现象长期观察和研究的经验总结。

【热工学】它是以研究热能与机械能互相转化以及如何将热能合理地运用在生活和生产上的一门综合性学科。它以传热学和工程热力学为理论基础。主要研究范围包括锅炉、蒸汽机、汽轮机、内燃机、燃气轮机和制冷设备等的工作原理和结构。原子核反应堆的热能，太阳能以及地下热的利用等也在热工学研究的范围。

【热机】热力发动机的简称。它能够连续不断地把燃料燃烧时所放出的热量，通过传热的方式转变为物质的内能，再通过做功的方式转变为其他形式的能（如机械能）。它的种类很多，但是它们的主要工作原理都是利用高温高压的气体或蒸汽膨胀做功。如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机和喷气发动机等。是工农业生产、发电、交通运输各部门所需动力的主要来源。热能的来源有燃料燃烧所放出的热能以及原子能、太阳能及地热等。热机的组成必须具备三个组成部分。其一是发热器，它是使燃料所释放出的能量转变为工质内能的装置；其二是工作部分，它是使工质消耗内能来做机械功的装置；其三是冷凝器，这部分是容纳工作部分排出的废工质的装置。热机工作时，工质从发热器得到的热量，只有一部分转变为机械功，其余部分都传给了冷凝器。工质从发热器得到的热量是Q₁，其中一部分Q₂被做过功的废工质带入冷凝器，转变为机械功的只是Q₁—Q₂。

【工质】热机都是利用气体或蒸汽的膨胀来做功的，在技术上常称气体或蒸汽为热机的工作物质，简称为工质。蒸汽机和汽轮机中的工质是蒸汽；内燃机的工质是汽油或柴油与空气的混合物。

【锅炉】它是高压蒸汽的发生器。在锅炉中燃料的化学能转变为蒸汽的内能。锅炉由火室和汽锅两部分组成。根据构造和形式的不同，可以分为水管式锅炉和烟管式锅炉。水在水管或汽锅中受热变成水蒸汽后，由前水管送到汽锅的上部，汽锅中的饱和水蒸汽又由输汽管送到过热器中，再次受热变成过热蒸汽，过热蒸汽经过送气管送到蒸汽机的汽缸中去推动活塞做功。

从火室中出来的烟气的温度很高，通常在350℃至400℃左右，为此在烟道中装有省煤器，器中装水，以便烟气通过时使水预热升温，将这样的高温水注入汽锅，可避免汽锅温度的剧烈变化。

水管式锅炉蒸发量大，水管、汽锅和火室体积很大，一般用在火力发电站等固定位置。火车上用的是烟管式锅炉，结构简单，体积小，被广泛地使用在火车或小型工厂。

【安全阀】密闭在锅炉里的蒸汽，当压强超过一定限度时，汽锅有爆炸的危险。为保证安全生产，各种锅炉都装有安全阀，安全阀平时是关闭着的。当锅炉里的蒸汽压强超过一定限度时，蒸汽就会顶开安全阀，泄出一部分蒸气，而使锅炉里的气压恢复到安全限度以内，避免事故的发生。安全阀是利用杠杆原理制成的可调节控制汽压的装置。

【蒸汽机】利用蒸汽的循环，把热能转变为机械能的装置。将高温高压的水蒸汽引入蒸汽机的汽缸，利用蒸汽的膨胀，推动汽缸里的活塞往复运动。并且利用活塞杆、十字头、连杆、曲柄、飞轮，使活塞的往复运动转换为飞轮的转动。蒸气机车就是利用蒸汽机为动力的一种装置。

【静点】当蒸汽机的活塞杆、连杆和曲柄位于同一条直线上时，连杆不能使曲柄转动，这个位置叫做“静点”，出现静点时，机器不能运转。为了使曲柄在静点的时候还能够继续转动，就在机轴上装置一个很重的飞轮，依靠飞轮转动的惯性，使曲柄通过静点，维持机器连续不断地转动。活塞往复一次将出现两次静点。也有把静点叫做死点的。

【冷凝器】蒸汽在汽缸中膨胀做功以后，内能已经减少，常把它叫做废汽，或称为废工质。为使蒸汽机继续工作，就必须把废工质从汽缸中排出，并再吸进新的工质。容纳废工质的装置就叫做冷凝器。根据不同的需要冷凝器的种类亦有所不同，火车蒸汽机的冷凝器是大气。常见的冷凝器有喷射式和水管式，废工质经冷凝器后气温降低凝结成水，这部分水含杂质很少，而且水温较高，可经过去油污等处理再送到锅炉里作为给水，既可节约燃料，又能延长锅炉的寿命。

【燃烧效率】燃料在发热器中燃烧时，往往由于设备不够完善而不能完全燃烧，同时也不可能把燃烧时所释放的化学能全部转变为工质的内能。设燃料经过完全燃烧所能够放出的热量是Q，传递给工质的热量只有Q₁，那么燃烧效率：

因为燃料的燃烧过程是在锅炉中进行的，所以燃烧效率也称为锅炉效率。

【热效率】工质从发热器吸收到的热量Q₁，在做功时并不能全部转变为机械功，其中总是有一部分热量Q₂要被废工质带出热机的工作部分。所以转变成机械功的净热量是Q₁—Q₂，而热机的热效率：

【机械效率（热学）】由热量Q₁—Q₂转变而成的机械功不能全部传到发动机轴上作为输出的有用功，其中有一部分要消耗在传动装置上，例如消耗在活塞、十字头、曲柄以及转动轴等处的摩擦上。因此传到机轴上的与有用功相当的热量Q₃，又是Q₁—Q₂中的一部分。所以热机的机械效率：

【热机的总效率】热机的总效率又叫做热机的经济效率，或有效效率，有时也简称为效率。它是与最后转变为机轴上有用功相当的热量Q₃跟燃料完全燃烧时所能够放出的热量Q的比值，通常用百分比来表示。所以热机的总效率

从上式看出

即

η_总＝η_燃·η_热·η_机。

蒸汽机的效率很低，目前最好的蒸汽机的效率也不过在15％左右，提高热机效率是热力工程中的重要任务，一般是从提高热机的燃烧效率、热效率和机械效率三方面着手。首先是改进锅炉的装置，提高热机的燃烧效率。可用煤粉代替煤块，将煤粉喷入火室，并输入热空气助燃，使煤充分燃烧放热。同时改进水管锅炉的构造，增加水的受热面积，并利用省煤器、空气预热器等等。其次是提高发热器的温度、压强和降低冷凝器的温度、压强，借以提高热机的热效率。

卡诺（法国工程师）在理论上研究了热机效率，并提出了没有热损失和摩擦损失的，热效率最高的理想热机的模型。理想热机热效率计算式是

其中T₁代表发热器的绝对温度，T₂代表冷凝器的绝对温度，从公式得出提高热机热效率的主要途径就是提高T₁降低T₂。因此，目前对锅炉的制造正朝向高温高压方向发展。在锅炉中都用过热器来提高蒸汽的温度和压强，并且用提前闭汽、多级膨胀、减低冷凝器压强等方法来降低废汽的温度，从而提高热效率。

【内燃机】是将燃料引入汽缸内，利用燃料和空气在汽缸里燃烧，产生高温高压气体急剧膨胀对外做功，推动活塞运动的机器叫内燃机。它的发热器是在工作部分之内的。为了使内燃机连续工作，必须把已膨胀做功后的气体排出，重新装入燃料和空气，再进行第二次燃烧。内燃机主要可分为奥托内燃机和狄塞尔内燃机两种。奥托内燃机通常用汽油作为燃料，而狄塞尔内燃机则是用柴油为燃料。

【汽油机】是内燃机的一种，用挥发性高的汽油作燃料，汽油机将雾状汽油和空气的混合物引入汽缸，然后利用电极火花，使混合气体燃烧，燃烧时所形成的高温高压气体推动活塞，作往复运动。往复运动又利用曲柄等使移动变为转动。

奥托内燃机的工作过程可分为四个冲程来进行，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程（燃料燃烧气体膨胀而做功，也可叫爆发冲程）和排气冲程，这四个冲程是内燃机的一个循环。从内燃机做功的条件来看，可燃气体的化学反应是它的能源，造成工质的高温；汽缸活塞是它的工作部分；做了功的废工质排出到大气中以大气作为它的冷凝器。因为可燃烧的混合气体在汽缸内燃烧时所产生的温度很高（约在1500℃以上），所以内燃机的效率要比蒸汽发动机的效率高。奥托内燃机在工作中，约有25％的热量作为有用功，10％的热量损失于摩擦中，25％的热量由废气带走，40％的热量传给汽缸外的冷却水，因此它的效率一般是在20～30％。奥托内燃机的功率大小不一，小的约367.7瓦（1/2马力），大的可到1838.8千瓦（2500马力）。

【上止点】活塞在距曲轴中心最远的位置，即活塞杆、曲柄在一条直线上，出现静点时的状态，叫“上止点”。

【下止点】活塞在距曲轴中心最近的位置，即活塞杆、曲柄在一条直线上，出现静点时的状态，叫“下止点”。

【冲程】活塞由下止点到上止点或由上止点到下止点之间的距离，即“活塞冲程”，亦称“行程”。往复式机械中的活塞在汽缸中往复运动时，两个极端位置间的距离。亦指活塞走过这距离的过程。

【四冲程】内燃机是通过吸气、压缩、燃烧、膨胀、排气几个过程不断重复进行的。如果是在四个冲程里完成吸气、压缩、做功（燃烧、膨胀）、排气的循环动作，就叫做四冲程。相应的内燃机叫四冲程内燃机。

第一冲程，即吸气冲程。这时曲轴向下转动，带动活塞向下，同时通过齿轮带动凸轮向下旋转，使凸轮的凸起部分顶开进气阀门，雾状汽油和空气混合的燃料被吸入汽缸。

第二冲程，即压缩冲程。曲轴带动活塞向上，凸轮的凸起部分巳经转了过去，进气阀门被关闭，由于凸轮只转了1/4周，所以排气阀门仍然处于关闭状态。活塞向上运动时，将第一冲程吸入的可燃气体压缩，被压缩的气体的压强达到0.6～1.5兆帕，温度升高到300℃左右。

第三冲程是做功冲程。在压缩冲程末火花塞产生电火花，混合燃料迅速燃烧，温度骤然升高到2000℃左右，压强达到3～5兆帕。高温高压烟气急剧膨胀，推动活塞向下做功，此时曲柄转动半周而凸轮转过1/4周，两个气阀仍然紧闭。

第四冲程是排气冲程。由于飞轮的惯性，曲柄转动，使活塞向上运动，这时凸轮顶开排气阀，将废出排出缸外。

四个冲程是内燃机的一个循环，每一个循环，活塞往复两次，曲轴转动两周，进、排气阀门各开一次。

【二冲程内燃机】如果在两个冲程里完成进气、压缩、做功、排气这些循环动作，就叫二冲程，相应的内燃机叫二冲程内燃机。

【辅助冲程】即进气冲程、压缩冲程和排气冲程的统称。为完成做功，这三个冲程都是为做功而准备的，故称之为辅助冲程。

【辅助设备】内燃机除主要做功部分之外，还有燃料、点火、冷却及润滑四个辅助设备系统。燃料系统主要是化油器，它是把汽油和空气按一定比例配制成雾状的混合气体，以供给汽缸作为燃料使用；点火系统是由蓄电池、线圈、火花塞等部分组成，火花塞是由齿轮来管理的，它能够按时在气缸中产生电火花，使压缩的混合气体燃烧爆炸；冷却系统，主要部分是汽缸外部缸体的水套，使水在其中可以流动，因为燃料在汽缸中燃烧时，汽缸的温度可以升到2000℃左右，使汽缸壁和活塞发热，易使机件损坏，故汽缸外壁的水套中的水吸热上升进入散热器，降温后，再用抽水机将冷水打回水套中，使水循环地将汽缸冷却。小型内燃机和少数飞机也常用空气减热法，使汽缸外壳与空气接触面积增大，将热散逸到空气中去；润滑系统，是为防止金属磨损，而在机内装有油盘、抽油泵等装置向机件各部分输送润滑油，以减小摩擦损耗。

【柴油机】一般称作狄塞尔内燃机，它是19世纪末叶由德国工程师狄塞尔设计的，其构造原理与奥托内燃机大体相同，主要区别是它将石油或柴油喷进汽缸作为燃料燃烧，而不是用汽油的混合气体作为燃料。同时，在压缩冲程中也不是压缩可燃性混合气体，而是单纯压缩空气。汽油机是利用火花塞来点燃燃料，而柴油机顶部有个喷油嘴，利用高温空气将柴油引燃，故称压燃式。它也有四个冲程：第一冲程是吸气冲程，它吸入气缸里的只是空气。第二冲程是压缩空气，汽油机只把燃料混合物的体积压缩到吸气冲程末的1/6～1/9。如果压缩得更多，在压缩过程的中途，燃料混合物就因温度升高超过燃点而燃烧，机器将发生反转，无法正常工作。柴油机则可把空气的体积压缩到吸气冲程末的1/16～1/22，压强达到4兆帕左右，温度可高达500～700℃，超过柴油的着火点。第三冲程是做功冲程。在压缩冲程结束时，柴油在高压作用下从喷油嘴高速喷入汽缸，雾状液滴与热空气相遇立刻燃烧，由于柴油喷发时间较长，所以燃烧时间也较长，燃烧温度高达2000℃左右。第四冲程是排气冲程，与汽油机相同。

【压缩比】气体进入汽缸后的最大体积跟被压缩后最小体积的比值，叫做“压缩比”。压缩比不能过大，因它受其他条件的限制。在奥托内燃机里，被压缩的是汽油和空气的混合气体，如果压缩得太过分，温度会升得太高，这就可能使在活塞还没有达到压缩冲程的终点时就自燃起来。这时活塞本应向上运动，却由于自燃气体的膨胀而向下运动，结果机轮反向转动，产生打倒车的现象，这对机件的损坏是严重的。奥托内燃机的压缩比一般不能超过4～5。而在狄塞尔内燃机里，被压缩的是空气，压缩比不受液体燃料燃点的限制，因此可以提高到12～20。但也不宜过高，否则必须采用很笨重的机件才能承受压缩终了时的压强。

【蒸汽轮机】蒸汽轮机是由一个中央很厚的钢盘和钢盘外沿弧形叶片所组成，当蒸汽喷射到叶片上时，轮机就转动起来，而且蒸汽速度越大，轮机转动得越快。利用蒸汽使叶轮转动的机器叫“蒸汽轮机”。

当气体从高压空间流向低压空间时，压强差越大，流动的速度也越大。因此在蒸汽轮机里就利用喷嘴，使水管式锅炉的过热管送来的过热蒸汽，从喷嘴喷出时，体积开始急剧地膨胀，同时压强降低，速度增大，这样的蒸汽具有很大的动能。也就是说蒸汽的内能在喷嘴中转变为蒸汽的动能。当蒸汽喷射到叶片上时，它的动能又转变为机轴旋转的机械能。

为了提高蒸汽使用效率，常采用压力多级冲动式的汽轮机。蒸汽轮机跟蒸汽机相比，在同样功率下，重量轻、体积小，不需用曲柄和飞轮等机械来将移动改为转动，因此转动均匀，没有振动；转动速度高，每分钟可达3000转；它的缺点是只能沿一个方向转动，不能开倒车，蒸汽轮机必须和高压锅炉配套使用，故此它只能用在发电厂或巨型舰艇上。

【燃气轮机】燃气轮机的基本原理与蒸汽轮机很相似，不同处在于工质不是蒸汽而是燃料燃烧后的烟气。燃气轮机属于内燃机，所以也叫内燃气轮机。构造有四大部分：空气压缩机，燃烧室，叶轮系统及回热装置。

燃汽轮机是利用气体作为工质在燃烧室里燃烧，将燃料的化学能转变为气体的内能。在喷嘴里，气体的内能转变为气体的动能，燃气高速喷出，冲击叶轮转动。

燃气轮机优点是不需连杆、曲柄、飞轮等装置，又不需锅炉，因此体积小、重量轻，功率大到100000～200000千瓦，效率高达60％，广泛地应用到飞机上，作为动力装置。但是喷射到叶轮上的汽体温度高达1300℃，因此叶轮需昂贵的特殊耐热合金来制造，加工难，成本高。耗油量大，在同样功率下比活塞式汽油机多2倍，故燃气轮机适宜于735～2205千瓦（1000～3000马力）以上的飞机和船舶上。

【空气喷气发动机】它是利用气体从尾部高速喷出时所产生反冲的推力来推动机身前进的机械。由于活塞式内燃机的螺旋桨叶转得越快，它所受到的阻力也越大，效率就低。所以它的速度不能超过211米/秒。而且这种飞机只能在空气中飞行，因此飞行的高度及速度都受到限制。

喷气式发动机的燃料在燃烧室内燃烧后，产生高温和高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生反作用力，推动机身向前运动。喷气机的作用是直接产生反冲推力，把燃料的内能转变为燃气的动能和飞机前进的机械能，而不需要通过能量转变的中间结构——活塞、螺旋桨等，减少了能量的损失，从而提高飞机的飞行速度。

喷气式发动机可分为两大类，即空气喷气发动机和火箭喷气发动机。空气喷气发动机本身携带燃料，他需要利用外界的空气来帮助燃烧。因此它不适宜在空气稀薄的高空飞行。发动机的种类很多，常见的有冲压式和气轮式等。

【热力学基本定律】通常是将热力学第一定律及第二定律视作热力学的基本定律，但有时增加能斯特定理当作第三定律，又有时将温度存在定律当作第零定律。一般将这四条热力学规律统称为热力学定律。热力学是热现象的宏观理论，它是以这四条定律为基础建立起来的理论。

【热力学第零定律】若两个热力学系统中的任何一个系统都和第三个热力学系统处于热平衡状态，那么，这两个热力学系统也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。热力学第零定律的重要性在于它给出了温度的定义和温度的测量方法。定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系。它为建立温度概念提供了实验基础。这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。因此，这一基本物理量实质是反映了系统的某种性质。

【热力学第一定律】是热力学的基本定律之一。是能的转化与守恒定律在热力学中的表现。它指出热是物质运动的一种形式，并表明，一个体系内能增加的量值△E（=E₂-E₁）等于这一体系所吸收的热量Q与外界对它所做的功之和，可表示为

△E＝E₂-E₁＝Q＋W

即W+Q=△E。在这个公式中，突出了做功和热传递是改变系统内能的两种不同形式，可通过做功和被传递的热量来量度系统内能的变化。在上述公式中，当外界对系统作功时，W为正值；若系统对外作功时，W为负值。如外界向系统传热，Q即为正值；若系统向外界放热，则Q为负值。当△E为正值时，表示系统的内能增加；如果△E为负值时，则表现系统的内能在减少。

对热力学第一定律也可以从另一侧面来描述，即外界传递给系统的热量等于系统内能的增量和系统对外所作的功的总和。如果外界传递给系统的热量为Q，使系统从某一平衡状态到达另一平衡状态，内能的增加为E₂-E₁，同时对外作功W′，则热力学第一定律可表示为

Q＝（E₂-E₁）＋ W′

即Q=△E＋W′。在这个公式中，当系统从外界获得热量时，Q＞0为正值；而当系统向外界释放热量时， Q＜0为负值。若系统对外界作功， W′＞0为正值；若外界对系统作功，W′＜0为负值。在系统内能增加时，△E为正值，若系统的内能减少时，则△E为负值。

上式是从热机的效率角度考虑，外界传递给系统的热量，一部分用来增加系统的内能，另一部分就是系统对外所作的功。

在运用热力学第一定律的数学表达式△E=W+Q解题时，应了解表达式的适用范围，应注意各物理量的正、负号表示的意义，以及式中的各量单位要统一。对热力学第一定律从广义上理解，应把系统内能的变化看作是系统所含的一切能量（如化学的、热的、电磁的、原子核的、场的能量等）的变化，而所作的功是各种形式的功，于是热力学第一定律就成了能量转换和守恒定律。

热力学第一定律也可表述为，第一类永动机是不可能制造的。

【第一类永动机】在热力学第一定律建立以前，人们曾幻想制造出一种永动的机器，不需要任何燃料和动力，又不消耗系统本身的内能，却能不断对外做功而且永远运转，这类机器叫“第一类永动机”。根据能的转化与守恒定律，系统在对外做功过程中，它的内能要减小，要想不减少它的内能，外界必须同时对它传递热量或对它做功，不断地给系统补充能量，系统才能持续不断地对外做功。这种违背能量守恒与转化定律的器械，也就是违背热力学第一定律的器械永远也不可能制造成。

【热力学第二定律】热力学的基本定律之一。它是关于在有限空间和时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的总结。自热力学第一定律被发现以后，人们注意到许多自行发生的过程都是单方向的，例如热量从高温物体传到低温物体，液体由高处向低处流动，气体的扩散与混合，其反向自行发生的过程虽然没有违反第一定律，却从来还没有发现过，可见除了第一定律外，必定还有其他的定则在限制这些过程的发生。克劳修斯、开尔文等人，从将热转变为功时遇到的经验归纳成热力学第二定律。它实质上指出了宏观热现象的不可逆性。它的表述有很多种，但实际上都是互相等效的。如下列几种表述：

1.克劳修斯表述：克劳修斯在1850年提出的。热量总是自动的从高温物体传到低温物体，不可能自动地由低温物体向高温物体传递。在它的表述中，指出在自然条件下热量只能从高温物体向低温物体转移，而不能由低温物体自动向高温物体转移，这个转变过程是不可逆的。若想让热传递方向逆转，则必须消耗功才能实现。

2.开尔文表述：开尔文在1851年提出的。不存在这样一种循环过程，系统从单一热源吸取热量，使之完全变为有用功而不产生其他影响。表述中的“单一热源”是指温度均匀并且恒定不变的热源；“其他影响”指除了由单一热源吸热，把所吸的热用来作功以外的任何其他变化。若有其他影响产生时，把由单一热源吸来的热量全部用来对外作功是可能的。自然界中任何形式的能都可能转变成热，但热却不能在不产生其他影响的条件下完全变成其他形式的能，这种转变在自然条件下也是不可逆的。热机在运行过程中，可连续不断地将热变为机械功，一定伴随有热量的损失。第二定律和第一定律两者有所不同。第二定律阐明了过程进行的方向性。

开尔文还将它表述为：第二种永动机是不可能造成的。第二种永动机就是能从单一的热源吸收热量使之完全变为有用的功而不产生其他影响的机器。

除克劳修斯、开尔文的表述外，还有各种不同的陈述，例如，热效率为100％的热机是不可能造成的；热传导、摩擦所产生的热现象是不可逆的；不需要由外加功而可操作的致冷机是不可能造成的等等。不论如何描述，其内容彼此相同，不外乎主张不可逆变化的存在。从分子运动论的观点看，热运动是大量分子的无规则运动，而作功则是大量分子的有规则的运动。无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，总是从包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行。由此可见热是不可能自发地变成功，这就是热力学第二定律的统计意义。

根据热力学第零定律，确定了态函数——温度；根据热力学第一定律，确定了态函数——内能和焓；根据热力学第二定律，也可以确定一个新的态函数——熵。可以用熵来对第二定律作定量的表述。

热力学第二定律在引入熵的概念后，可用数学形式表示。其积分形式为

式中不等号对应于不可逆过程，等号对应于可逆过程，角码1和2分别表示系统的初状态和末状态，S表示系统的熵。热力学第二定律的微分形式

式中不等号对应于不可逆过程，等号对应于可逆过程。在孤立系统内对可逆过程，系统的熵总保持不变；对不可逆过程，系统的熵总是增加的。这个规律叫做熵增加原理。熵的增加表示系统从几率小的状态向几率大的状态演变，也就是从比较有规则、有秩序的状态向更无规则、更无秩序的状态演变。

【第二类永动机】只由单一的热源吸取热量而使其全部转变为对外界作功以外，对其他外界不产生任何效应的循环过程而制造的机器，称为“第二类永动机”。这是一种不可能实现的热机，而导致克劳修斯原理，并形成了热力学第二定律的基础。这种热机虽然不违背热力学第一定律，却违背热力学第二定律。要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。

【热力学第三定律】此定律指出，设想通过几个有限的步骤使物体冷却到绝对零度，是不可能的。这一表述是能斯脱于1912年根据对低温现象的研究得出能斯脱定理的推论。

【P—V图】对于一个均匀系统，在不受外力场的作用下，如气体系统的压强P、体积V和温度T三个状态参量中，只有两个是独立的，或者说只要确定其中两个，就可以确定系统的一个平衡态，因此在以V为横坐标，以P为纵坐标的坐标系中，用一点可表示系统的一个平衡态，用一条线可表示系统的一种准静态过程，由此构成了P—V图。但是非静态过程和非平衡态都不能在P—V图中表示。

【循环】一热力系统，从某一宏观状态出发，经过任意的一系列状态变化后，又恢复到原来的状态，如此周而复始的变化过程就组成了一个循环过程，称做“循环”。循环过程即为在过程的终点，系统又回到起始状态。

如果一个循环所包含的过程都是准静态过程，这一循环就可以在P—V图上表示为一条闭合曲线，如图2－13所示。在P—V图上，若系统沿过程1从A走到B是沿顺时针方向进行的，称为正循环；若循环过程2是从B走到A沿逆时针方向进行的，称为逆循环。在从A走到B时，其所作之功等于曲线1以下之面积，即A1BV₂V₁A之面积；在从B返回A时，其所作之功等于曲线2下的负面积，即B2AV₁V₂B之面积。在这一循环中，系统所作之净功，即为此循环之曲线所包围以内阴影部分之面积，即A1B2A的范围。

【循环过程】用一个单一的过程将热能转化为机械能是完全可以的，但是，要想只靠一个单独的变化过程连续地把热能转化为机械能，这不仅是不可能，而且也不切实际的。例如，当气缸中的气体作等温膨胀时，虽然可以把它由外界吸取的热量转化为对外做功，可是这一过程不能连续地进行下去，由于气缸长度的限制，因而活塞移动的范围总是有限的；另一方面，即使不切实际地将气缸做得长些，当活塞向外移动到一定的位置，使气缸内部气体的压强下降到和外界压强相等时，这时活塞也就不能继续运动下去，过程即刻结束，做功也就停止了。可见，只用一个单一的等温过程不能将热能连续转化为机械能。

要使一部机器能连续地将热转化为功，必须使它的工作物质能够从它做功后的状态再回到原来的状态，并且能重复进行下去。我们把工作物质经过若干个不同的过程之后又回到它原来状态的整个变化过程称为循环过程。由此可见，只有利用循环过程才能把热连续不断地转化为功。因为工作物质（即热力学系统）的内能是状态的单值函数，所以由一个初始状态经过一个循环回到原来的状态时，其内能没有发生变化，即dＵ=0，这是循环过程的基本特征。参阅“循环”。

【态函数】系统的平衡态一般只需一组最少的，必要而又充分的独立状态参量即可完全确定。而系统的其他参量，则必由状态决定，它们统称为态函数，即系统状态参量的函数。温度、内能、焓、熵等均为态函数。

【摩尔热容量】是1摩尔物质的热容量。在国际单位制中，摩尔热容量的单位为焦耳/摩尔·开。过去曾采用卡/摩尔·开作为摩尔热容量的单位。

【焓】亦称“热焓”。它是表示物质系统能量的一个状态函数，通常用H来表示，其数值上等于系统的内能Ｕ加上压强P和体积V的乘积，即

H=Ｕ＋PV

由上式可知，内能Ｕ是可加量，压强与体积的乘积PV也是可加量，所以焓H必然也是可加量。在等压的过程中，在系统温度升高时，不仅由于自身内能增大而吸收热量，而且由于体积的膨胀而对外作功，所以系统吸收的总热量应表示为

（△Q）_p=△Ｕ＋P△V=△（Ｕ+PV）=△H

由此说明，在等压过程中，系统温度升高所吸收的热量，等于系统的状态函数焓的增加。这就是态函数焓的最重要的特性。

态函数焓在热化学和热力工程中是非常有用的物理量。它是热力学系统的态函数之一，即焓变与过程无关。

【热源】在热力学中所提到的热源，一般是指热容量很大的物体或装置。当从外界吸收热量时，它的温度并不上升；而向外放热时，它的温度并不降低，故常又称之为热库。

【热效应】指物系在物理的或化学的等温过程中，只做膨胀功时所吸收或放出的热量。有等容热效应和等压热效应。而等压热效应等于过程中焓的增加量（△H），吸热为正而放热则为负（亦有相反者）。热效应随反应的性质不同而有生成热、中和热、燃烧热、溶解热、稀释热等名称。无论是生产还是理论，都广泛地应用这些数据。

【热力状态】按热力学观点表示物系或物体所处的状态称为该物系或物体的“热力状态”。气体的热力状态，一般用气体的温度、压力等状态参数来表示。在一定的热力状态下物体具有一定的状态参数。

【热力循环】凡热能动力装置或热力发动机中的工质为了完成将热量转换为机械能，它从某一状态经过一系列状态的变化重新又回复到初始状态的全部过程或途径，称为热力循环。研究热力循环的目的在于改进热机的循环过程和提高热效率。在热力学理论上最理想的循环是卡诺循环，实际上各种热能动力装置或热力发动机都各自有其相应的特殊循环，如奥托循环，狄塞尔循环等。在参数坐标图上，热力循环总是按顺时钟方向进行。故一般又称正向循环。

【热水供暖】用热水为媒质传递热量的一种供暖方式。散热器表面平均温度大约为80℃，使空气不致过分干燥，适合卫生和舒适环境的要求。媒质传递热量的方式一般有两种方式：一种是用机械使水流动的称“机械循环系统”。它是利用水泵将散热后温度降低的水重新打入锅炉，或用高压泵将热水送入散热器等方式，这种机械循环系统多用在较大范围的供暖区域。另一种是借重力作用使热水在管内流动的称“重力循环系统”。它是靠热水膨胀、冷热水的密度差，靠自身的重力不同而形成循环流动。这种重力循环系统20年前在我国东北地区被广泛使用，近10多年来在华北地区已逐渐在城市中广泛的推广。北京有这种小锅炉厂家约十来家，这种装置俗称“土暖气”。靠重力循环供暖的装置关键之一是锅炉的设计，水套（内外炉体的两铁板间的水区）为1～2厘米的厚度，炉膛泥厚1厘米；关键之二是出水及回水管的倾斜角度；其三是补水方式；最后应注意装排气机构，防止发生爆裂危险。

热水供暖易于调节，室内气温稳定，管理方便，燃料比较节约，较煤球烟筒式火炉安全卫生，但设备投资较大。

【致冷系数】这是致冷机效能的重要标志之一。是为从能量转化的角度研究各种致冷机的性质而引入的一个物理量。其致冷系数被定义为

式中Q₁是致冷机在一个逆循环过程中释放给外界高温热源的热量。Q₂是致冷机在一个逆循环过程中从外界吸收的热量，W是外界对系统所作的功。

【可逆过程】一个系统，由某一状态出发，经一个过程，系统发生了变化，外界也要发生变化，经这一过程后达到另一状态。若存在另一过程，它能使系统和外界完全复原（即系统回到原来的状态，同时消除了原来过程对外界引起的一切影响），则原来的过程称为“可逆过程”。其逆过程亦为可逆过程。自然界一切实际过程都不可能是可逆过程，但可控制条件，如消除摩擦力、粘滞力和电阻等产生耗散效应的因素，以避免热效应，从而在系统达到平衡态后，作无限缓慢的变化，这样就可实现可逆过程。无摩擦的准静态过程是可逆过程。可逆过程的概念，是对实际过程的理想化。

【不可逆过程】凡不满足可逆过程条件的过程均称不可逆过程。一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的。自然界中各种不可逆过程都是互相关联的，即由某一过程的不可逆性，可推断另一过程的不可逆性。热力学第二定律的开尔文表述，说明功变热的过程是不可逆的。而克劳修斯表述，指出热传导的过程是不可逆的。这两种表述实际上分别挑选了一种典型的不可逆过程。由于各种不可逆过程都是互相关联的，所以每一个不可逆过程都可以选为表述热力学第二定律的基础。

【原子量】原子量表示的是原子的相对质量。通常用A表示。其意义是：一个原子的质量比另外一种元素的原于质量大若干倍或小若干倍。若取某一种元素的原子量作为标准，那么就可以表示出其他原子的相对质量。国际上规定以碳（C¹²）原子质量的

其他原子的质量与它的比值，就叫做该元素的“原子量”（过去，国际上曾规定用氧原子质量的 例如，氧的原子量为

它是个比值，没有单位。

【分子量】也是以碳（C¹²）原子质量的 计算出

来的分子相对质量，通常用μ表示。分子量等于构成分子的各个原子的原子量的总和。例如，水（H₂O）分子的分子量是两个氢（H）原子和一个氧（O）原子的原子量的总和，计算得

μ＝2×1.0078＋15.9994=18.0150。

而氢的分子量μ为2.0156；氧的分子量μ为31.9988。分子量仅仅是个比值，它没有单位。

【摩尔质量】常称为克分子量。一定质量的某种物质，如果用克作质量的单位，其数值恰好等于该物质的分子量的大小时，那么，这一定数值的质量就叫做1“摩尔质量”。例如，碳是单原子分子，因此12克的碳就称为1摩尔质量的碳；氧是双原子分子，即由两个氧原子组成一个氧分子，因此，32克的氧就称为1摩尔质量的氧；氢也是双原子分子，因此2克的氢也称为1摩尔质量的氢。水是由氢和氧组成的，18克的水就是1摩尔质量的水，98克的硫酸（H₂SO₄）就是1摩尔质量的硫酸。由上例可看出，摩尔质量是表示物质质量的一种重要单位。

【气体分子运动论】气体分子运动论是把分子运动论的概念具体运用于气体上，它是以气体中大量分子作无规则的热运动为基础，从气体微观结构的一些简化模型出发，根据力学定律和大量分子的热运动所表现出来的统计规律来说明气体的性质。这一理论阐明了气体对容器的器壁所产生的压强是由于大量分子与器壁发生碰撞而产生的，气体温度的升高是由于分子平均平动动能增加的结果；这个理论初步揭示了气体的扩散、热传导和粘滞等现象的本质，解释了许多关于气体的实验定律。它不仅可以研究气体的平衡态，而且可以研究气体中由非平衡态向平衡态转变的过程。

【理想气体】把严格服从波义耳-马略特定律、盖·吕萨克定律和查理定律的想象的气体，称为“理想气体”。气体分子运动论的研究对象主要是气体物质系统。在通常情况下，气体中的分子本身所占的体积，比起气体分子所能自由活动的空间，即气体的体积是小得多的，所以分子本身的大小可忽略不计。例如，在温度为0℃、压强为1大气压下的气体，其密度不到液体的密度的千分之一。在某种情况下忽略气体分子本身的大小对我们研究的问题影响并不大。若在高温低压的情况下，将气体分子本身的大小忽略掉，则影响就更小。至于气体分子之间的相互作用力，由于它随着分子之间距离的增大而迅速地减小，故在一般常温、常压下，也可忽略不计气体分子之间存在着的分子力。也就是说，除了气体分子之间发生碰撞的瞬间之外，可认为气体分子之间是没有相互作用的。此外，也不考虑气体分子的内部结构，即认为分子在碰撞过程中不发生形变。若将气体分子视为刚体，而分子间的碰撞又是完全弹性碰撞，那么，气体分子就遵守动量守恒和动能守恒定律。符合上述要求的气体即称为理想气体。在通常的温度和压强下，理想气体和实际气体的性质差别并不太大。因此，所有的实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，都可近似地看作理想气体。

【实际气体】就是实际存在的气体。为了区别于理想气体而引入的。两者区别在于，组成实际气体的分子具有一定的体积，分子之间存在着相互作用。这就使实际气体的行为与理想气体不同，特别是在低温和高压条件下，更需考虑它们的差别。而在通常条件下，特别是在高温、低压下，实际气体的行为与理想气体甚为接近。

【标准状态】为比较气体体积和其他性质时有一统一的标准，通常规定温度为0℃和压强为1标准大气压的状态，为气体的标准状态。

【理想气体的实验定律】实验指出，在温度不太低、压强不太大的情况下，气体将遵守下列三条基本定律：即玻意耳-马略特定律；盖·吕萨克定律和查理定律。

【玻义耳-马略特定律】它反映气体的体积随压强改变而改变的规律。对于一定质量的气体，在其温度保持不变时，它的压强和体积成反比；或者说，其压强P与它的体积V的乘积为一常量，即

PV=C（常数）（T不变时）

或

P₁V₁＝P₂V₂=…=P_nV_n

式中常量的大小与气体系统的温度和气体的质量有关。实际气体只是在压强不太高、温度不太低的条件下才服从这一定律。

【盖·吕萨克定律】它反映了气体体积随温度变化而变化的规律。一定质量的气体，在保持压强不变的情况下，它的体积变化与温度变化成正比，与0℃时的体积成正比，即它的体积随着温度作直线变化，其数学表达式为

V=V₀（1+avt）。

式中V为气体在t℃时的体积；V₀为0℃时的体积；a_v是在压强不变时，气体体积随温度变化的系数，称做体膨胀系数。a_v可由实验测定，对各

体只是在温度不太低，压强不太高的条件下才服从这一定律。若偏离这一条件，则实际气体的行为也将偏离这一定律所反映的规律。

【查理定律】它反映了气体压强随温度变化而变化的规律。一定质量的气体，当其体积保持不变时，它的压强P变化与温度T的变化成正比，与0℃时气体的压强成正比，即压强随温度作直线变化，其数学表达式为

P=P₀（1+a_pt）。

式中P为气体在t℃时的压强；P₀为气体在0℃时的压强；a_P为体积不变时，气体压强随温度变化的系数，称作压强系数。根据实验的测定，

实际气体只是在温度不太低，压强不太高的条件下才服从这一定律，若偏离这一条件，则实际气体的行为亦将偏离这一定律所反映的规律。

【理想气体状态方程】波义耳-马略特定律，盖·吕萨克定律及查理定律给出了一定质量的气体的三个参量P、V、T中有一个保持不变时，另两个状态参量的变化规律。但是，在实际中，这三个参量往往是同时变化的。对于一定质量的理想气体，在平衡状态下，压强P、体积V和温度T之间存有一定的关系，可用两种形式来表示。其一是

式中角码1和2分别代表系统所处的两个平衡态。其二是

或者写成

PV=υRT。

式中M、υ和μ分别是气体的质量、摩尔数和摩尔质量，R为普适气体常数。这种形式亦称为克拉珀龙方程。以上两种形式都是理想气体状态方程。理想气体状态方程表明：一定质量的气体，当其状态发生变化时，它的任意两个平衡态的状态参量之间的关系。对一定质量的气体，P、V、T三个状态参量，并不全是独立的，任何两个参量确定之后，第三个参量也就唯一地确定了，只需两个独立参量，即可描述理想气体的状态。

【普适气体常数】是表征理想气体性质的一个常数，由于这个常数对于满足理想气体条件的任何气体都是适用的，故称普适气体常数。亦称通用气体常数，或称气体常数。若P_r表示在水的三相点时的压强，V_r表示1摩尔理想气体在水的三相点时的体积。其表达式为

上式也可以表示为

式中P₀表示在零摄氏度时的压强，通常选P₀=1标准大气压，V₀表示1摩尔理想气体在零摄氏度和1标准大气压下的体积，等于22.4138×10^－3米³/摩尔。所以普适气体常数的数值为

R=8.31441焦耳/摩尔·开

=8.20568×10^－2大气压·升/摩尔·开

=1.9872卡/摩尔·开

【自由度】为了确定一个运动物体的位置，所需要的独立坐标数。除单原子分子外，一般分子的运动并不只限于作平动，还有转动和分子内原子之间的振动等，因此，要确定一个分子的位置，究竟需要几个独立坐标，要做具体的分析。需要看分子是单原子分子，还是双原子分子或多原子分子，而后才能确定。

要确定一个质点在空间的位置，只需要用三个独立坐标就可以了，所以质点的自由度就是三个，即三个平动自由度。如果给一个质点的运动附加了限制条件，则其自由度就要减少。如果一个质点被限制在一个平面（或曲面）内运动，那么，质点在这个平面（或曲面）上的位置只要两个坐标就可以确定，故只有两个自由度；如被限制在一条直线上（或曲线上）运动，那么，此质点在这条线上的位置只需要一个坐标即可确定，故只有一个自由度。对于一个刚体，它的任何运动都可分解为质心的平动和绕通过质心的轴的转动，所以，要确定一个刚体的位置就得用三个独立坐标（如x，y，z）来决定其质心的位置，还要用两个独立坐标，如角α、β（叫做欧拉角）来确定其过质心的转动轴的方位。这是因为一个转轴应该用三个角α、β、γ来确定，这三个角的关系如下，即

cos²α＋cos²β＋cos²γ=1

因此三个方向角只有两个是独立的。另外，这个刚体还可以绕轴转动，为决定刚体绕轴转动的角度还要有一个变量ψ。总之，要确定一个自由刚体的位置共需要六个独立变量，即自由刚体共有六个自由度，其中三个为质心平动的自由度，三个为绕质心转动的自由度。如果刚体的运动受到某种限制，那就不是一个自由刚体了，其运动的自由度也要减少。比如只能绕定点转动的刚体，就只有三个转动自由度；而绕定轴转动的刚体，就只有一个转动自由度。

【分子的自由度】即分子运动的自由度。即决定一个分子在空间的位置所需要的独立坐标数目。对于单原子分子，可忽略其本身的大小，即忽略其自转，而将其看成一个自由质点，那么它就只有三个平行自由度了；而对双原子分子，如氮、氢、氧等，其两个原子是通过一根键链联在一起的，其质心的平动自由度有三个。而两个原子还可以绕与键链垂直的两个轴转动，故它有两个转动自由度。另外两个原子还可以沿键链方向上振动，所以还可以有一个振动自由度（其能量比较少）。所以双原子分子共有六个自由度即三个平动自由度，两个转动自由度，一个振动自由度。（也有的书上忽略了能量较小的振动自由度认为双原子分子只有五个自由度）；至于多原子分子，由于组成分子的结构情况各不相同，故必须按其具体的结构情况来分析分子运动的自由度。一般说，一个分子若由n个原子组成，那么这个分子最多有3n个自由度。而平动自由度总是3个，转动自由度最多也只能有3个，其余（3n—6）个只能是振动自由度。当分子受到某种限制时，其自由度就会相应地减少。

【能量按自由度均分定理】这是能量按分子的各个运动自由度平

是均匀地分配于每一个平动自由度上，每一个平动自由度上都具有相同

理”，简称为“能量均分定理”。能量均分定理，也是对大量分子无规则热运动统计平均的结果。对于个别分子来说，它在任一时刻的总动能，完全可能与根据能量均分定理所得出的平均值有很大的差别，而且每一

如果对同一个分子长时间运动情况来进行平均，其结果就会符合能量均分定理。也可在某一时刻，对大量分子的运动求平均，这和对一个分子长时间的运动求平均相同，这两种方法所得的结果是一样的。

动能之所以会按自由度均分，主要是因为大量分子无规则运动和相互碰撞的结果。在碰撞过程中，一个分子的能量可传递给另一个分子；一种形式的动能，也可以转化为另一种形式的动能。也就是说，一种运动的自由度，通过碰撞，可以转变成另一种运动的自由度。如果分配于某一种形式，或某一种自由度上的能量多了，那么在碰撞的过程中，能量大的运动形式或自由度，转化成其他运动形式的几率就比较大。因此，在达到热平衡时，动能就按自由度均匀分配了。在实际中，外界给予气体的能量，首先是加给器壁的，是器壁上的分子与气体分子的碰撞，并通过碰撞传递给气体分子的各个自由度的。可见碰撞是实现能量传递，并达到均匀分配的一个关键。

【理想气体的内能】所谓气体的内能，就是气体分子全部能量的总和。气体分子可以具有各种动能，如平动动能、转动动能及振动动能。由于分子内部即构成分子的原子之间存在着相互作用力，所以还应有与这种分子力（指分子内部的力）相关联的势能，即振动势能。另外，分子和分子之间也存在着相互作用，这也对气体的内能产生影响。但对理想气体来说，由于分子间的相互作用可以忽略不计，故理想气体的内能只是所有上述分子运动的动能（平动、转动、振动）及分子内原子之间的振动势能的总和。

【分子间的碰撞】分子间的碰撞是使气体内部能够达到热平衡，使分子按速度的分布具有规律性，并实现能量按自由度的均分的主要原因。同样分子间的碰撞，也是气体能产生扩散、热传导和粘滞现象的主要原因。所谓分子间的碰撞，并不像我们通常见到的宏观物体间接触碰撞那样，实际上，分子间的碰撞是在分子力作用下分子间产生相互散射的结果。因为分子间的距离较近时分子力的性质是引力。但在分子间的距离近到一定程度时，分子力的性质就表现为斥力了，而且这种斥力会随距离的接近而迅速增大。在这种强大的分子斥力的作用下，迫使分子改变原来的运动方向，因而产生分子间的散射，这就是通常所说的分子间的“碰撞”。我们可把分子看作是具有一定体积的弹性球，而由于分子间的相互作用所产生的散射，就可以看成弹性球间的弹性碰撞过程。

【内摩擦现象】内摩擦的出现是由于流体内部各层之间的整体运动速度不同，使分子在迁移过程中产生了动量的输运而造成的。当气体流动时，其定向的整体流速矢量要叠加在每个分子热运动的速度上；分子热运动的速度虽然很大，但因为是无规则的，所以热运动速度矢量的平均值为零。气体的流速虽然比分子的热运动速度小得多，但它却具有确定的方向和一定的数值。不论是在液体内部还是在气体内部，只要存在速度梯度，就会有内摩擦现象产生。

【真空度】绝对真空的状态是不可能达到的，只能在某种程度上接近这种状态，我们把接近真空的程度称为真空度。通常所指的真空是指十分稀薄的空间，在这里压强远小于正常的大气压强，残存的气体对所在空间进行的物理过程并无明显影响。至于低到何种程度，则应由过程的具体要求而定。真空度的高低是由气体压强的大小来量度。一般压强小于13.33帕（10^-1托）的空间叫低真空，0.13～0.13×10^－5帕（10^－3～10^－8托）范围内的空间叫高真空，压强小于0.13×10^－5帕（10^－8托）的空间称为超高真空。目前人工所能制造的最高真空压强约为0.13×10^－10帕（10^－13托）。

【真空计】它是测量真空度的量具。真空计的类型很多，其灵敏度，量程和用途各不相同，常用的有麦克劳真空计、皮喇尼真空计和热阴极电离真空计等。

【统计规律】统计规律是对大量偶然事件整体起作用的规律，它表现了这些事物整体的本质和必然的联系。通过对大量微观粒子运动规律的研究，来解释物质的宏观性质称为统计物理学。通过观测发现，在一定宏观条件下，大量的微观粒子的集体运动却遵循着一种规律，人们把这种规律性叫做统计规律性。它不仅对研究热现象有重要的意义，而且在其他自然现象中也是普遍存在的。统计规律是对大量偶然事件整体起作用的规律。它表现了这些事物整体的本质和必然的联系，在这里个别事物的特征和偶然联系退居次要地位。需指出的是，这里所说的个别事物的偶然性是相对于大量事物整体的统计规律而言的，这并不意味着偶然性是无原因的。一切偶然性都有自己的原因。统计规律是以动力学规律为基础的，它不可能脱离由动力学规律所决定的个别事件而存在。但当体系中所包含的粒子数目极多时，就导致在质上全新的运动形式的出现，在这里运动形式发生了从量到质的飞跃。其最重要的特点就是在一定宏观条件下的稳定性，这是由统计规律所制约的。统计规律的另一个特点是永远伴随着涨落现象，统计规律与涨落现象是不可分割的，这正反映了必然性与偶然性之间相互依存的辨证关系。

【涨落现象】当对所研究系统的某一宏观物理量进行测量时，每次测得的实际数值必然会表现出相对于它的统计平均值的偏差，这种现象称为“涨落”。统计规律与涨落现象是不可分割的。有关涨落现象的例子很多，如布朗运动就是一典型例子。布朗运动是分子运动论的重要实验基础，布朗运动的研究对涨落理论的建立起了重要作用。又如液体中的临界乳光现象和光在空气中的散射现象，都是由于媒质密度的涨落引起的。在各种电路中也可以观察到由于带电粒子的热运动而引起的电流涨落现象。由于电学仪器已达到很高的精度，而涨落现象会严重地影响仪器的工作。例如，在电子管、半导体晶体管和光电管中电流涨落所引起的“噪音”是限制无线电电子学接受仪器、电视和自动控制等方面仪器灵敏度的基本原因之一；又如，当用电流计测量微弱的电流时，如果待测的电流小于涨落电流，或待测电流引起的电流计线圈的偏转小于线圈本身的布朗运动，则这种测量将无法进行。因此研究涨落现象已具有重要的实际意义。