热力学与统计物理-第一章.ppt

1、热力学统计物理,2010. 8,研究对象和任务,大量微观粒子组成的宏观物质系统热力学系统,微观无规则运动热运动，,研究方法,宏观理论热力学,微观理论统计物理,导言,决定宏观热现象,热力学,以可测宏观物理量描述系统状态；,实验现象,热力学基本定律,宏观物性,结论可靠普适；,将物质看成连续体系，不能揭示微观本质。,统计物理,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,热力学基本定律归结为一条基本统计原理；,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,热平衡定律和温度,热力学第一定律,热力学第二定律,1.1 热平衡定律和温

2、度,系统与外界,一. 热力学的基本概念,孤立,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。,热动平衡热运动未停止，只是平均效果不变。,状态参量选定的一组独立宏观量描述平衡态。,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。,处在平衡态下的系统存在一个态函数温度。,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,温度的概念,热平衡定律,热力学第零定律,温度,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,物态方

3、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,过程与状态,2、过程量和状态量,1,2, 非静态过程, 准静态过程,系统经历的任一中间态都无限接近平衡态,准静态过程是一个理想过程。,内能,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,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,3. 磁介质的磁化功,弹力的功,广义力Y,广义坐标 y,强度量,广延量,四.热容量与焓,热容(J/K),摩尔

4、热容（J K-1 mol-1）,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,焓是态函数,五、在理想气体中的应用,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,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。,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,T 是热源温度。,n个热源,三. 熵与熵增原理,1. 熵,A,B,A、B是平衡态， R 可取任意可逆过程。,熵是广延量。,三. 熵与熵增原理,1. 熵,A、B是平衡态， R 可取任意可逆过程。,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：,绝热系统的熵永不减少。,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。,孤立系统，平衡态的熵达到极最大值。,3. 熵增加原理,孤立系统的熵永不减少。,熵是系统无序程度（不确定度）的量度。,4. 熵的含义,四、热力学基本微分方程,对于气体系统,例1：热量从高温热源T1传到低温热源T2 ，求