热力学的基本规律

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1、——关于热现象的理论热力学与统计物理由于热现象的普遍存在，所以热力学和统计物理学在许多领域中都有广泛的应用。热力学与统计物理这门课是在普通热学的基础上，分别从宏观和微观两方面进一步深入热运动的规律及其应用，为相关课程(如固体物理)提供必要的知识准备。通过本课程的学习，希望达到以下目标：(1)对热力学、统计物理的基本概念、基础理论和基本方法有较深刻、系统地了解；(2)为相关课程的学习奠定良好地基础；(3)基本掌握用统计概率方式描述热力学系统的思想和方法。本课程的目的1．汪志诚，《热力学•统计物理》，高等教育出版社(2008)2．王竹溪，《热力学》，北京大

2、学出版社（2006）3.王竹溪，《统计物理学导论》，人民教育出版社（1956）4．F.瑞夫，《统计物理学》，科学出版社（1979）。5.W.顾莱纳，L.奈斯等《热力学与统计物理》，北京大学出版社（2001）6．马本坤，高尚惠，孙煜《热力学与统计物理学》，人民教育出版社(1982)7.L.E.雷克,《统计物理现代教程》（上册）,北京大学出版社（1985）主要参考书目热力学统计物理热现象的宏观理论。结论具有高度的可靠性和普遍性。不能导出具体物质的具体特性；也不能解释物质宏观性质的涨落现象等。热现象的微观理论。基础是热力学三个定律。认为宏观系统由大量的微观粒

3、子所组成，宏观物理量就是相应微观量的统计平均值。能把热力学的基本规律归结于一个基本的统计原理；可以解释涨落现象；可以求得物质的具体特性。统计物理学所得到的理论结论往往只是近似的结果。研究的对象与任务相同热·统第一章热力学的基本规律主要介绍热力学基本规律以及常见的基本热力学函数。§1.0热力学史的简要回顾热学这一门科学建立在人类利用热现象的基础上。人们为了有效地利用热现象就要求掌握热现象的规律，并追求热现象的本质。由于在有史以前人类巳经发明了火，我们可以想象到，追求热与冷现象的本质的企图可能是人类最初对自然界法则的追求之一。大的在公元前300年间，当战国

4、时，驺衍创为五行学说，可惜他的书现在已经见不到了。五行学说大致是：天地之间有五种气，水、火、木、金、土，名为五行，是万事万物的根本。这个学说的一部分内容是把五行配到一年的春夏秋冬四时，由五行的五种不同的性质引出四时不同的事物。这一部分内容在吕氏春秋(公元前930年)上记载下来了。“五行”这一名同首先见于《尚书》洪范篇。中国古时候又有一种学说，认为天地万物是阴阳二气化成的，而火是阳气的一种表现。淮南子（公元前166年)天文训有下面一段话，可以以说明：“天地之袭精为阴阳，阴阳之专精为四时，四时之精散为万物。积阳之热气久者生火，火气之精者为日；积阴之寒气久者

5、为水，水气之精者为月。”这段话里的“袭”字是合的意义。§1.0热力学史的简要回顾在西方希腊，古时候关于热的本质有两个互相对立的学就。一个说火是一种元素，与土、水、气共是自然界的四种独立的元素，自然界一切物质都是这四种所组成的。这个学说是由赫喇利突(Heraolitus)在大约公元前500年提出的。另一个学说认为热是物质的一种运动的表现形态，这是根据摩擦生热的现象而提出的。这两种对立的学说长期停在空论阶段，一直到十九世纪的中叶，科学的理论才最后建立起来。在十八世记以前，人们对于热只有一些大致的粗略的概念，自然不可能建立正确的科学理论。自从1714年法伦海

6、特(DanielFahrenheit,1686—1736)改良了水银温度计并定了华氏温标以后，热学才走上实验科学的道路。随着实验的进展，一种简单的可以解择实验结果的热的学说就应运而生了。这个学说叫做热质说，它的主要内容是：热是一种流质，名叫热质，可透入一切物体之中，不生不灭；一个物体是热还是冷，就看它所含热质是多还是少。这个学说在实质上就是希脂火元素学说的进一步的发展。这个学说的最大缺点是不能解释磨擦生热现象，因而终于被科学界所抛弃。§1.0热力学史的简要回顾与热质说相对立的学说是，热是一种运动的表现形式。培根(Fran-cisBacon，1501-1

7、626)强调理论必须根据实验事实，他根据摩擦生热现象而相信热是一种运动。罗蒙诺索夫（l711-1765)在论热与冷的原因”(1744-1747)这篇论文里断言热是分子运动的表现，以后他又提出了运动守恒的概念。最初用直接实验结果来驳斥热质说的是伦福德(CountRunford，原名BenjaminThompson,1753-1814)，他在1798年发表了一篇论文，说明制造枪炮所切下的碎屑温度很高，而且在继续不断的工作之下这些高温的碎屑继续不断地产生。因此他得到结论，热既然能继续不断地产生，就非是一种运动不可。再过一年(1799)戴维(HumphryDa

8、vy,1770-1820)做了另外一个实验来支持热是运动的学说。他把两块冰互相摩擦，使完全熔化