热力学统计物理课件：第一章热力学的基本规律

1、第一章 热力学的基本规律,1.1 热力学系统的平衡状态及其描述,1.系统,孤立系,闭系,开系,（极限概念）,热力学系统的状态,平衡态,非平衡态,热力学平衡态：,（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，将会到达这样的状态，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。,（2）注意点：,弛豫时间,动态平衡（热动平衡）,不考虑涨落,不限于孤立系统,（3）描述平衡态的宏观参量：,P、V 等,1.2 热平衡定律和温度,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。,A=C ， B=C 则 A=B,（热

2、平衡即温度相等）,TA=TC ， TB=TC 则 TA=TB,温度T:,物体冷热程度的量度,温度的测量：,理想气体温标、水银温度计等,1.3 物态方程,简单系统：,定义：,体胀系数,压强系数,等温压缩系数,数学上有：,两类问题：,解：,或,证明：,两边积分：,证明完毕,解：,作业：p48 1.5 1.6,解：,要求体积维持不变，即：,两边积分：,解：,1.4 功,准静态过程：,是一个理想的极限概念，不考虑摩擦。,外界对系统所作的功:,（1）外界对盛在容器中的气体或液体所作的功 （讨论准静态过程）,活塞横截面积,有限过程：,等容过程：,等压过程：,等温理想气体：,（2）外界克服表面张力对液体表面

3、薄膜所作的功,设有液体表面薄膜张在线框上,线框的一边可以移动,其长度为l,以表示单位长度的表面张力.,表面张力有使液面收缩的趋势,当将可移动的边外移一个距离dx时,外界克服表面张力所作的功为:,在准静态过程中液膜面积改变dA时外界所作的功.,解：,气体对外界所作的功,等温过程：,或由等温过程有：,1.5 热力学第一定律,能量守恒定律：自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在传递与转化中能量的数量不变。,另一种表述：第一类永动机是不可能造成的。,1.6 热容量和焓,热容量:,比热容:,摩尔热容量:,定容热容量:,定压热容量:,

4、引入状态函数 焓：,全微分：,有限过程：,等压过程：,1.7 理想气体的内能,一般气体：,理想气体：,引入比热容比：,作业：p49 1.10 1.12,1.8 理想气体的绝热过程,绝热过程：,热力学第一定律：,理想气体：,积分：,绝热方程：,1.9 理想气体的卡诺循环,态态：等温膨胀过程,态 态：等温压缩过程,态 态与态 态是绝热过程,气体对外界所作的净功：,热机效率定义：,1.10 热力学第二定律,克劳修斯（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他变化,卡尔文（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起 其他变化,开氏说法可表述为：第二类永动机是不可能

5、造成的,（第二类永动机：效率为1的热机）,1.11 卡诺定理,所有工作于两个一定温度之间的热机， 以可逆机的效率为最高,1.12 热力学温标（自学）,1.13 克劳修斯等式与不等式,根据卡诺定理，一般热机效率小于或等于卡诺热机,一般热机效率：,卡诺热机效率：,1.14 熵和热力学基本方程,引入态函数熵：,热力学基本微分方程,1.16 热力学第二定律的数学表述,第二定律的数学表述,熵增加原理的数学表述,熵增加原理：经绝热过程后，系统的熵永不减少，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。,1.15 理想气体的熵,设想一个可逆过程积分：,设想一个可逆过程积分：,该过程实际不可逆，假设存在一个可逆的理想过程,整个杆的熵增为：,1.18 自由能和吉布斯函数,热力学第二定律的数学表述：,等温过程