热力学与统计物理-第一章.ppt

热力学热力学统计物理统计物理 2010. 8 研究对象和任务 q 大量微观粒子组成的宏观物质系统热力学系统 q 微观无规则运动热运动， 研究方法 1. 宏观理论热力学 2. 微观理论统计物理 导言 决定宏观热现象 热力学 q以可测宏观物理量描述系统状态； q实验现象热力学基本定律宏观物性 结论可靠普适； q将物质看成连续体系，不能揭示微观本质。 统计物理 q从微观结构出发，深入热运动本质；宏观物性是大量微观粒子热 运动的集体表现； 微观粒子力学量 宏观物理量 q热力学基本定律归结为一条基本统计原理； q必须借助微观模型，近似导出具体物性。 第一章 热力学的基本规律 1. 热平衡定律和温 度 2. 热力学第一定律 3. 热力学第二定律 系统统孤立封闭闭开放 物质质交 换换 无无有 能量交 换换 无有有 1.1 热平衡定律和温度 1. 系统与外界 一. 热力学的基本概念 孤立 2. 平衡态及其描述 平衡态孤立系统各种宏观性质不随时间改变的状态。 q 热动平衡热运动未停止，只是平均效果不变。 q 状态参量选定的一组独立宏观量描述平衡态。 q 广延量和强度量 几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量。 态函数其他宏观量可以表示为状态参量的函数。 q 处在平衡态下的系统存在一个态函数温度。 q 达到热平衡的两系统具有共同的宏观性质 二 热平衡定律和温度 2. 温度的概念 1. 热平衡 定律 热力学第零定律 温度 3. 物态方程 一般形式 简单系统 热平衡热接触 常见的物态方程 理想气体：pV = nRT（克拉珀龙方程） 实际气体： 顺磁性固体： 范德瓦耳斯方程 3. 物态方程 一般形式 简单系统 昂尼斯方程 （居里定律） 磁化强度磁场强度 1、热力学过程 1.2 热力学第一定律 一 过程与状态 2、过程量和状态量 1 2 非静态过程 S 准静态过程 系统经历的任一中间态都无限接近平衡态 q准静态过程是一个理想过程。 1. 内能 q 内能是系统内部热运动能量的总和，决定于系统内 部的热运动状态， 二. 热力学第一定律 2.热力学第一定律 q 普遍的能量转化转移守恒定律。 态函数，广延量。 三. 功的计算 1. 体积功 2. 面积功 准静态过程中外界对系统所做的功 表面张力系数 S 3. 磁介质的磁化功 真空磁导率 M 磁化强度 H 磁场强度 m =M V 总磁矩 弹力的功 广义力Y 广义坐标 y 强度量 广延量 外界在准静态过程中对系统所做的功一般表示为： 是外参量，相应的广义力。 四.热容量与焓 热容(J/K) 摩尔热容（J K-1 mol-1） q 过程量，广延量 四.热容量与焓 热容(J/K) 摩尔热容 （J K-1 mol-1 ） 定容热容量 定压热容量 焓 q 焓是态函数 五、在理想气体中的应用 q 理想气体内能仅是温度的函数，与体积无关。 1.3 热力学第二定律 一. 热力学第二定律 克劳修斯表述： 开尔文表述： 1. 两种表述 2. 不可逆过程与可逆过程 3. 热力学第二定律的实质 q 自然界一切与热现象有关的实际过程都 有其自发进行的方向，是不可逆的。 q 无摩擦准静态过程是可逆过程，是理想极限。 热传导过程具有方向性 功热转换过程具有方向性 二. 热力学第二定律的应用 1. 卡诺定理 2. 克劳修斯等式和不等式 qq T 是热源温度。 n个热源 三. 熵与熵增原理 1. 熵 A B q A、B是平衡态， R 可取任意可逆过程。 q熵是广延量。 三. 熵与熵增原理 1. 熵 q A、B是平衡态， R 可取任意可逆过程。 q熵是广延量。 2. 热力学第二定律的数学表达式 A B 3. 熵增加原理 对绝热过程， 则有： q 绝热系统的熵永不减少。 q孤立系统中自发发生的一切过程都朝着熵增大的方向进行。 q孤立系统，平衡态的熵达到极最大值。 3. 熵增加原理 q 孤立系统的熵永不减少。 q 熵是系统无序程度（不确定度）的量度。 4. 熵的含义 四、热力学基本微