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。

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作温度。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。”

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：

“将理想气体的压强表达式与微观图像的压强表达式结合起来，可以得到气体粒子平均动能与温度之间的关系。”他得出第一个结论。

“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。”他还告诉网友，根据能量均分定理，以上公式表明每个自由度上平均分配的能量是1/2 kT，假设在某温度下理想气体粒子可以激发的自由度总共为i，那么理想气体的总内能为U=i/2 NkT=1/(γ-1) NkT，其中γ是新引入的参量，其意义会在后面的绝热膨胀中体现出来。

热力学第一定律：能量守恒与转换

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 Q与外界对其做的功 W的总和，这就是热力学第一定律。