理学热力学统计物理PPT学习教案

1、会计学1理学热力学统计物理理学热力学统计物理 实验表明实验表明：一个孤立系统，不论其初态如何复杂：一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过，经过足够长足够长时间后，就会达到这样一种状态时间后，就会达到这样一种状态:系统的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，这样的状态称为态称为热力学平衡态热力学平衡态。二、平衡态二、平衡态 弛豫时弛豫时间间 ：系统由初态到达平衡态所经历的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。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

2、几分钟。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 1、注意、注意例如：气体中压强趋于均匀的过程，所需时间约为例如：气体中压强趋于均匀的过程，所需时间约为s1016 第1页/共15页 热动平衡热动平衡 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。上看，组成系统的大量微观粒子仍处于不断的热运动中。 涨涨 落落 平衡态的系统，其热力学性质不随时间变化的真实含义平衡态的系统，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，而是指，系统的宏观物理量的时间平

3、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。系统某一时刻物理量的数值一般偏于上述平均值。 稳定态稳定态 第2页/共15页2 2、一个热力学系统平衡态的描述、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。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：通常这些物理量可分为四类： （1 1） 几何参量：体积、表面积等。几何参量：体积、表面积等。 （2 2） 力学参量：压强、表面张力等。力学参量：压强、表面张力等。 （3

4、 3） 电磁参量：电场强度、磁场强度等。电磁参量：电场强度、磁场强度等。 （4 4） 化学参量：摩尔数等。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。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。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。第3页/共15页1.2 热平衡定律和温度热平衡定律和温度 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。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。科学的温度概念是由热平衡定律引入的。 一、

5、热平衡定律一、热平衡定律 设有三个系统，设有三个系统，A和和C以及以及B和和C用用透热壁透热壁隔开，隔开，A和和B用用绝热壁绝热壁隔开。隔开。CAB 若若A和和C达到了热平衡，同达到了热平衡，同时时B和和C也达到了热平衡，则也达到了热平衡，则A和和B也达到了热平衡。也达到了热平衡。-热平衡定律热平衡定律,也叫做热力学第零定律。也叫做热力学第零定律。第4页/共15页热平衡定律为科学地引入温度的概念提供了实验基础。热平衡定律为科学地引入温度的概念提供了实验基础。下面以下面以简单系统简单系统为例，论证温度作为状态函数的存在性。为例，论证温度作为状态函数的存在性。若若A和和C达到热平衡，则必满足，达到

6、热平衡，则必满足，AAVp , 0, CCAAACVpVpf CAAACCVVpFp, 若若B和和C达到热平衡，则必满足，达到热平衡，则必满足， 0, CCBBBCVpVpf CBBBCCVVpFp, 于是有，于是有， CBBBCCAAACVVpFVVpF, BBVp ,CCVp ,第5页/共15页由热平衡定律，由热平衡定律，A和和B也达到了热平衡，则有也达到了热平衡，则有 0, BBAAABVpVpf CBBBCCAAACVVpFVVpF, (1)(2)由（由（2）式得，）式得， 四者的关系与四者的关系与 无关，无关，因此，（因此，（1）式两边的）式两边的 一定可以约去一定可以约去,例如有例

7、如有BBAAVpVp,CVCV CAAACAAACVhVpgVVpF, CBBBCBBBCVhVpgVVpF, 所以有，所以有， BBBAAAVpgVpg, 是函数参量，是函数参量， 是一个状态函数。是一个状态函数。Vp, Vpg,第6页/共15页 二、温度二、温度1、温度计、温度计2、温、温 标标（1）选择测温质）选择测温质（2）选取固定点）选取固定点 ：一般是选取水的三相点，规定为：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）规定测温质的某种性质与温 度的关系，如线性关系度的关系，如线性关系3、理想气体温标、理想气体温标4、绝对温标、绝对温标不依赖于任何具体物

8、质不依赖于任何具体物质 上式表明，若上式表明，若A和和B达到热平衡，则达到热平衡，则A和和B的某个状态函的某个状态函数一定相等。数一定相等。 由经验可知，两个热平衡系统具有相同的由经验可知，两个热平衡系统具有相同的冷热程度冷热程度-温度。温度。函数函数 就是简单系统的温度。就是简单系统的温度。 Vpg,（互为热平衡的物体具有相同的温度）（互为热平衡的物体具有相同的温度） BBBAAAVpgVpg, 温度是状态函数温度是状态函数.第7页/共15页1.3 物态方程物态方程一、物态方程一、物态方程1、对于简单系统、对于简单系统（1）理想气体）理想气体 （2）范德瓦耳斯方程）范德瓦耳斯方程 （3）昂尼

9、斯方程）昂尼斯方程 2、顺磁固体、顺磁固体 表示单位体积的磁矩，称为磁化强度表示单位体积的磁矩，称为磁化强度，用，用H 表示磁场强度。表示磁场强度。 0, TVpfnRTpV nRTbnVVanp 2.2 CpBpApV 0, THf HTC 居里定律居里定律0,VpT第8页/共15页 二、二、3个系数个系数 物态方程是由物质自身性质所决定的，不同物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。质有不同的物态方程。通常由实验测定。 1、体胀系数、体胀系数 2、压强系数、压强系数 3、等温压缩系数、等温压缩系数pTVV 1 VTpp 1 TTpVV 1 第9页/共1

10、5页 三、三、4个数学关系式个数学关系式 给定给定 有有wzyx和和, 0, zyxf 而而 是变量是变量 中任意两个的函数，则有中任意两个的函数，则有zyx,w1yxzxzzyyx 循环关系循环关系zzxyyx1 倒数关系倒数关系zzzywwxyx 链式关系链式关系第10页/共15页wxywxyyzxzxz角标变换角标变换 四、证明四、证明pT 0, TVpf1 VpTpTTVVpVTPTppVTV pTpppVVTVVVTp 111pTVV 1 VTpp 1 TTpVV 1 第11页/共15页 五、物态方程与五、物态方程与 的关系的关系 T , 对于简单系统对于简单系统 pTV,dppVdTTVdVTp dpVdTVdVT 例例1 . 已知已知 ，求物态方程，求物态方程TpVR1, pT 解：解： VpRTpT2 dpVdTVdVT dppRTdTpR2 pTVV 1 TTpVV 1 第12页/共15页dTpRdV pCpRTV dppRTdppCdTpRdV2 0 pCpRTV 令令 为常数，为常数， p与与 无