热力学统计物理第一章(3).ppt

热力学 统计物理 1、研究对象相同：宏观物质系统的热性质和热现象 2、研究方法不同： 热力学是以由大量实验总结出来 的几条定律为基础，应用严密的逻 辑推理和严格的数学推导来研究宏 观物质系统的热性质和热现象。 统计物理是从宏观物质是由大量 微观粒子构成这一事实出发，具体 考虑的物质的微观结构，通过求统 计平均来研究宏观物质系统的的热 性质和热现象。 热力学得到的结论较普遍 可靠， 统计物理可以求特殊 性， 相辅相成 有机统一 但难以求特殊性。 但可靠性依赖于 对具体物质微观结构 的了解和假设。 第一章 热力学的基本规律 1.1热力学平衡状态及其描述 一、热力学系统、外界 热力学系统是热力学研究的对象，它是由大量微观 粒子组成的宏观物质系统。 与系统发生相互作用的其它物体被称为外界。 按照系统与外界相互作用的情况，系统可分为三类： 1、孤立系： 与外界既没有能量交换也没有物质交换。 2、闭 系 ： 与外界有能量交换但没有物质交换。 3、开 系 ： 与外界既有能量交换也有物质交换。 实验表明：一个孤立系统，不论其初态如何复杂， 经过足够长时间后，就会达到这样一种状态:系统的各 种宏观性质在长时间内不发生任何变化，这样的状态 称为热力学平衡态。 二、平衡态 弛豫时间 ：系统由初态到达平衡态所经历的时间 弛豫时间可长可短，与具体的物质、具体的过程有关。 而气体的扩散过程，浓度趋于均匀所需的时间约为几分钟。 1、注意 例如：气体中压强趋于均匀的过程，所需时间约为 热动平衡 平衡态指的是系统的宏观性质不随时间变化，但从微观 上看，组成系统的大量微观粒子仍处于不断的热运动中。 涨 落 平衡态的系统，其热力学性质不随时间变化的真实含义 是指，系统的宏观物理量的时间平均值不随时间改变，而 系统某一时刻物理量的数值一般偏于上述平均值。 稳定态 2、一个热力学系统平衡态的描述 由于系统在平衡态时，系统的热力学性质保持不变，因 此可以用描述系统热力学性质的物理量来描述系统的状态。 通常这些物理量可分为四类： （1） 几何参量：体积、表面积等。 （2） 力学参量：压强、表面张力等。 （3） 电磁参量：电场强度、磁场强度等。 （4） 化学参量：摩尔数等。 把这些描述系统状态的物理量叫做状态参量。 在给定的状态下，按照状态参量是否与物质的量有关：广延量、强度量。 1.2 热平衡定律和温度 温度描述系统的冷热程度，最早是人们通过自 身对冷热的感觉引入的。 科学的温度概念是由热平衡定律引入的。 一、热平衡定律 设有三个系统，A和C以及B和C用透热壁 隔开，A和B用绝热壁隔开。 C AB 若A和C达到了热平衡，同 时B和C也达到了热平衡，则A 和B也达到了热平衡。 -热平衡定律,也叫做热力学第零定律。 热平衡定律为科学地引入温度的概念提供了实验基础。 下面以简单系统为例，论证温度作为状态函数的存在性。 若A和C达到热平衡，则必满足， 若B和C达到热平衡，则必满足， 于是有， 由热平衡定律，A和B也达到了热平衡，则有 (1) (2) 由（2）式得， 四者的关系与 无关， 因此，（1）式两边的 一定可以约去,例如有 所以有， 是函数参量， 是一个状态函数。 二、温度 1、温度计 2、温 标（1）选择测温质 （2）选取固定点 ：一般是选取水的三相点，规定为273.16K （3）规定测温质的某种性质与温 度的关系，如线性关系 3、理想气体温标4、绝对温标 不依赖于任何具体物质 上式表明，若A和B达到热平衡，则A和B的某个状态函 数一定相等。 由经验可知，两个热平衡系统具有相同的 冷热程度-温度。函数 就是简单系统的温度。 （互为热平衡的物体具有相同的温度） 温度是状态函数. 1.3 物态方程 一、物态方程 1、对于简单系统 （1）理想气体 （2）范德瓦耳斯方程 （3）昂尼斯方程 2、顺磁固体 表示单位体积的磁矩，称为磁化强度 ，用H 表示磁场强度。 居里定律 二、3个系数 物态方程是由物质自身性质所决定的，不同物 质有不同的物态方程。通常由实验测定。 1、体胀系数 2、压强系数 3、等温压缩系数 三、4个数学关系式 给定 有 而 是变量 中任意两个的函数，