热力学统计物理教案.ppt

1、教材: 热力学统计物理汪志诚编（第四版） 参考书:热力学简程 王竹溪编 统计物理导论王竹溪编 热力学与统计物理马本堃编 统计物理学苏汝铿编 统计物理现代教程（上）雷克著黄昀译 热力学系统理论崔海宁编,绪论,热力学和统计物理的研究对象：研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。 热力学：宏观理论统计物理：微观理论。统计物理的基本思想是宏观量是微观量的统计平均值。,第一章 热力学函数及其应用,第一节 热力学系统的平衡状态及其描述,一、系统1、孤立系（N、V、E）2、闭系 （N、V、T）3、开系 （T、V、）,二、平衡状态1、定义：一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，系统的各种

2、宏观性质在长时间内不发生任何变化。2、特征：弛豫时间，热动平衡，涨落3、描述：用于描述处于平衡态下热力学系统宏观性质的独立宏观参量。,三、准静态过程：过程进行得非常缓慢，系统在过程中经历的每一个状态都可视为平衡态,第二节 热力学基本定律,一、热平衡定律（热力学第零定律） 如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们 彼此也必处在热平衡。,二、热力学第一定律：系统在终态和初态的内能之差等于在过程中外界对系统所作的功与系统从外界吸收的热量之和。,适用于非静态,三、热力学第二定律,克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。,开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引

3、起其它变化。,四、可逆过程：无摩擦的准静态过程 不可逆过程：一切与热现象有关的实际过程,第三节 焓、熵、自由能和吉布斯函数 熵增 加原理,一、焓,二、熵,三、熵增原理：系统经可逆绝热过程后熵不变，经不可逆绝热过程后熵增加，在绝热条件下熵减少的过程是不可能实现的。,四、自由能,五、吉布斯函数,第四节 热力学基本方程,内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分,第五节 麦氏关系的推导,一、麦氏关系,二、麦氏关系的简单应用,体胀系数,压强系数,等温压缩系数,作业：P47 1.1, 1.7, P73 2.5,第六节 气体的节流过程和绝热膨胀过程,一、节流过程,1、节流过程：焦耳-汤姆孙效应,2、节流结果：气

4、体温度发生了变化,3、理论分析,焦汤系数,二、气体的绝热膨胀,第七节 基本热力学函数的确定 特性函数,基本热力学函数即物态方程、内能和熵这三个函数与状态参量的函数关系。,特性函数：由一个函数就可以通过求偏导数而求得均匀系统的全部热力学函数。,第八节 热辐射的热力学理论,一、空腔辐射：如果物体对电磁波的吸收和辐射达到平衡，电磁辐射的特性将只取决于物体的温度，与物体的其它性质无关。(平衡辐射),1、空腔辐射的能量密度和能量密度按频率的分布只可能是温度的函数。即,2、空腔辐射的热力学函数,由,二、黑体辐射,斯特藩-玻耳兹曼定律,1、绝对黑体：如果一个物体在任何温度下都能够把投射到它上面的任何频率的电

5、磁波全部吸收，这物体就是绝对黑体。,2、辐射通量密度：单位时间内通过单位面积向一侧辐射的总辐射能量。,作业：P74-75，2.6 ，2.15,第九节 磁介质的热力学,一、基本热力学方程,二、磁介质的麦氏关系,三、绝热去磁致冷,第二章 相平衡,第一节 热动平衡判据,一、熵判据,1、熵增原理,2、熵判据：如果孤立系统已经达到了熵 为极大的状态，就不可能再发生任何宏观的变化，系统就达到了平衡态。,即一个系统在体积、内能不变的情形下，对于各种可能的虚变动，平衡态的熵最大。,孤立系统处在平衡状态的必要和充分条件为,3、熵判据的数学表达式,二、自由能判据,1、判据：一个系统在温度、体积不变的情形下，对于各

6、种可能的虚变动，平衡态的自由能最小。,即等温等容系统处在稳定平衡状态的必要和充分条件为,2、自由能判据的数学表达式,三、吉布斯函数判据,1、判据：一个系统在温度、压强不变的情形下，对于各种可能的虚变动，平衡态的吉布斯函数最小。,即等温等压系统处在稳定平衡状态的必要和充分条件为,2、吉布斯函数判据的数学表达式,作业：P75, 2.19 P106, 3.1,四、均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件,1、热动平衡条件,2、平衡的稳定性条件,第二节 开系的热力学基本方程,特性函数,化学势等于摩尔吉布斯函数,第三节 单元系的复相平衡条件,一、单元两相系的平衡条件,二、单元复相系平衡的稳定性条件,* 第四节 液滴的形成,一、液滴与蒸汽的平衡,二、液滴的形成,第五节 相变的分类,-爱伦费斯特理论,1、一级相变：在相变点两相的化学势连续，但化学势的一阶偏导数存在突变。,一级相变存在相变潜热和比容突变,2、二级相变：在相变点两相的化学势和化学势的一级偏导数连续，但化学势的二级偏导数存在突变。,二级相变没有相变潜热和比容突变，但存在定压比热、体胀系数和等温压缩系数的突变