热力学期末复习.ppt

期末复习,1,期末复习,2,期末复习,判断题（每小题2分，共20分）,二填空题（每空2分，共20分）,三简述题（每小题8分，共16分）,四计算与证明题（共44分）,期末考试题型,期末复习,3,1、写出平衡的稳定性条件；假如子系统的温度由于涨落或某种外界影响而略高于媒质（T），而子系统的体积发生收缩（V），试用平衡的稳定性条件对该简单系统作平衡稳定性分析。(P79),二简述题,2、用经典统计和量子统计方法处理单原子分子理想气体得到的熵分别为,试讨论这两个熵性质。(P212213),4,期末复习,3、简述熵判据；写出单元两相系的热学平衡条件、力学平衡条件和相变平衡条件。如果在一个孤立系统内部引入内能、体积和摩尔数的虚变动U、V和n所引起的熵变为试用熵增加原理对该孤立系统内部各相之间趋向平衡的过程作热学、力学和化学平衡分析。(P8283),5,期末复习,5,第三章单元系的相变,由,其中,由,给出平衡条件,给出平衡的稳定性条件。,简答：熵判椐为等体积等内能系统处在稳定平衡状态的必充条件为虚变动引起的熵变,平衡条件为,6,期末复习,6,第三章单元系的相变,热学、力学和化学平衡分析,如果热平衡条件未能满足,熵增加原理要求,这时不可逆过程导致能量从高温相传到低温相去。即温度差将导致热传递发生。,若TT，则有Up，则有V0。,8,期末复习,8,第三章单元系的相变,若热平衡已满足，但相平衡未能满足，熵增加原理要求,这时不可逆过程导致物质将由化学势高的相转移到化学势低的相去。即化学势差异将导致化学反应或相变发生。,若，则有n0时，由p0，有T0，为致冷效应；,当0，为致温效应；,当=0时，由p1，有,因绝热线斜率的绝对值大于等温线斜率的绝对值，故绝热线比等温线陡。,即,19,期末复习,2、利用雅克比行列式的性质证明绝热压缩系数与等温压缩系数之比等于定容热容量与定压热容量之比。,等温压缩系数定义,绝热压缩系数定义,证明：,20,期末复习,设,3、求证对一般物质有,对理想气体有,证明：,21,期末复习,有,对理想气体,22,期末复习,解：由,得,得,原命题得证。,由,4、试由平衡的稳定性条件证明：,23,期末复习,物态方程,自由能,内能,得熵,焓,5、已知简单热力学系统的特性函数G，利用特性函数的性质确定其它热力学函数。,解：比较特性函数全微分和基本热力学方程,24,期末复习,24,第二章均匀物质的热力学性质,6、已知简单热力学系统的特性函数自由能F，利用特性函数的性质确定其它热力学函数。,物态方程,焓,吉布斯函数,得熵,吉布斯-亥姆霍兹方程（内能）,解：比较自由能的形式全微分和基本热力学方程,25,期末复习,7、已知简单热力学系统的特性函数内能U，利用特性函数的性质确定其它热力学函数。,解：内能作为特性函数的全微分,比较,得,26,期末复习,自由能,焓,吉布斯函数,27,期末复习,8、已知简单热力学系统的特性函数焓H，利用特性函数的性质确定其它热力学函数。,解：焓作为特性函数的全微分,比较,得,28,期末复习,内能,自由能,吉布斯函数,29,期末复习,9、利用一级相变的性质导出克拉珀龙方程。,解：在相图上取两个相邻的点，在这两点上两相化学势都相等，有,由化学势的全微分,得,克拉珀龙方程,30,期末复习,解：（1）最可几速率,10、试根据三维麦氏速率概率分布律计算自由粒子的（1）最可几速率、平均速率和方均根速率；（2）速率和动能的涨落。,对f(v)关于v求导，令,31,期末复习,v=0,v=不符合要求，取,得最可几速率,平均速率,32,期末复习,方均根速率,（2）速率的涨落,33,期末复习,动能的涨落,34,期末复习,利用,35,期末复习,所以,36,期末复习,解：（1）速率分布函数,11、试根据二维麦氏速率概率分布律计算二维自由粒子的（1）速率分布函数f(v)；（2）最可几速率、平均速率和方均根速率；（3）速率和动能的涨落。,37,期末复习,最可几速率是使速率分布函数f(v)取极大值的速率。对f(v)关于v求导，令,v=不符合要求，取,（2）最可几速率,得最可几速率,38,期末复习,利用积分,平均速率：,39,期末复习,利用积分,方均根率,则,方均根速率vs,40,期末复习,（3）速率的涨落,动能的涨落,41,期末复习,所以,42,期末复习,12、顺磁固体体积V中N个磁性离子定域在晶体的特定格点上，在密度较低，彼此相距足够远时相互作用可以忽略，这时顺磁性固体可以当作定域系统。假定磁性离子磁矩在外磁场B中有两个非简并的分离能级=B。试求（1）配分函数；（2）物态方程；（3）顺磁固体的内能（4）顺磁固体的熵。,（1）配分函数,解：,43,期末复习,由,(2)磁化强度（物态方程）,44,期末复习,（3）内能,45,期末复习,(4)熵,46,期末复习,13、已知双原子分子能量的经典表达式为,（1）试用经典统计的方法计算转动配分函数；（2）计算转动内能U和转动定容热容量CV。,47,期末复习,解：（1）转动配分函数,48,期末复习,（2）转动内能,转动定容热容量,49,期末复习,14、已知双原子分子能量的经典表达式为,（1）试用经典统计的方法计算平动配分函数；（2）计算平动内能U和平动定容热容量CV。,。,50,期末复习,解：（1）平动配分函数,（2）内能和热容量,51,期末复习,15、已知双原子分子能量的经典表达式为,（1）试用经典统计的方法计算振动配分函数；（2）计算振动内能U和振动定容热容量CV。,。,52,期末复习,解：（1）振动配分函数,（2）内能和热容量,53,期末复习,16、已知光子气体的巨配分函数,（1）求光子气体的内能、压强和熵；（2）光子气体的吉布斯函数与化学势。,54,期末复习,(2)光子气体的吉布斯函数与化学势,解：（1）内能,压强,熵,55,期末复习,，,试求0K时二维电子气体的（1）费米能量；（2）内能；（3）简并压。,。,17、假设自由电子在二维平面上运动，已知面密度为n，态密度和0K时电子气体的分布为,56,期末复习,0k下二维自由电子的压强为,从中解出,（2）0k下二维自由电子的内能,（3）利用二维自由电子内能与压强的关系,解：（1）费米能量由总粒子数守恒条件确定,57,期末复习,试求在极端相对论条件下三维自由电