《热力学基本定律》PPT课件

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1、第一章热力学的基本规律主要内容热力学基本概念、平衡态的描述、物态方程（第1-3节），热力学第一定律及相关物理量、应用（第4-9节），热力学第二定律及引出的定理等（第10-13节），热力学定律引出的热力学基本方程、熵和熵增加原理、热二定律的数学表述、自由能和吉布斯函数等（第14-18节）。§1-1热力学系统的平衡态及其描述一、系统与外界热力学系统：由大量微观粒子组成的宏观物质系统（即研究对象）。外界：与系统发生相互作用的其它物质。系统孤立封闭开放物质交换无无有能量交换无有有例孤立系统：粒子数N不变、能量E不变。封闭系统：粒子

2、数N不变、能量E可变。开放系统：粒子数N可变、能量E可变。气体系统二、平衡态1、定义孤立系统达到的宏观性质不随时间发生变化的状态，称为热力学平衡态。弛豫时间：系统由其初始状态达到平衡状态所经历的时间。热动平衡：一切宏观变化停止，热运动未停止，只是平均效果不变。涨落：宏观物理量围绕平均值的微小起伏，在热力学中可忽略，统计物理中要考虑（本课程不学习）。非孤立系平衡态：系统+外界=孤立系统系统的稳恒态不一定是平衡态。2、平衡态的描述：状态参量：描述平衡态的独立自变量（独立、宏观量）。状态参量的分类力学参量（如压强P、表面张力σ）

3、几何参量（如体积V、面积S）化学参量（如质量m、物质的量n）电磁参量（如电场强度E、磁场强度H）状态函数：表示为状态参量的函数的其他宏观量。如一定质量的理想气体（简单系统），压强和体积可独立改变，(P,V)为状态参量，温度可以表示为T=f(P,V)=PV/nR，一组(P,V)值对应P-V图上的一个平衡态（一点）。三、相及单、复相系平衡态的描述1、相：系统中物理化学性质均匀的部分2、单相系描述均匀系，用其状态参量描述3、复相系描述非均匀系，各相用自己的状态参量进行描述，但各相状态参量间不是完全独立的。例如化学参量，各相物质的

4、量之和不变。第四章将涉及此。四、非平衡态的描述局域平衡假设。非平衡态相关内容本课程中不进行讲授，有兴趣的可自学。§1-2热平衡定律与温度一、热平衡定律（热力学第零定律）热平衡（P6-7）？物体A和物体B各自与处在同一状态的物体C达到热平衡，若令A和B进行热接触，它们也将处在热平衡。（经验）二、温度热平衡定律温度温度：处于热平衡的系统，分别存在一个态函数，其值相等，定义为温度。（温度态函数的存在可数学证明，见P7）温度的物理意义：表示物体的冷热程度，微观上反映热运动的剧烈程度。热平衡定律温度计三、温标（P8)一、物态方程平衡

5、态下的热力学系统存在状态函数温度。物态方程给出温度与状态参量之间的函数关系(简单系统)：在p、V、T三个状态参量之间一定存在某种关系，即其中一个状态参量是其它两个状态参量的函数，如T=T(p,V)对于一般系统物态方程则可以表示为：§1-3物态方程只有均匀系才有统一的物态方程。热力学中物态方程由实验确定。研究意义：反映了热现象的规律之一；热力学研究方法之一，把不可测量用可测量表示。二、物态方程相关的几个物理量体胀系数：在压强不变时，温度升高1K所引起的物体体积相对变化压强系数：体积不变下，温度升高1K所引起的物体压强相对变化

6、。等温压缩系数：温度不变时，增加单位压强所引起的物体体积相对变化。由得：（见附录）三、几种常见的物态方程理想气体：（条件？）1、气体范氏气体：昂尼斯气体方程：2、简单固体和液体四、广延量和强度量广延量：与系统的质量或者摩尔数成正比的量（T，P不变）如V，m，U强度量：与质量和摩尔数无关如ρ，P，T关系：广延量除以V，m或n成为强度量1、热力学过程当系统的状态随时间变化时，我们就说系统在经历一个热力学过程，简称过程。2、非静态过程在热力学过程的发生时，系统往往由一个平衡状态经过一系列状态变化后到达另一平衡态。如果中间状态为非

7、平衡态，则此过程称非静态过程。§1-4功一、准静态过程3、准静态过程如果一个热力学系统过程在始末两平衡态之间所经历的之中间状态，可以近似当作平衡态，则此过程为准静态过程。准静态过程只有在进行的“无限缓慢”的条件下才可能实现。对于实际过程则要求系统状态发生变化的特征时间远远大于弛豫时间才可近似看作准静态过程。说明：系统的准静态变化过程可用pV图上的一条曲线表示，称之为过程曲线。1、体积变化所做的功外界对系统所做的功为如果过程是准静态的，活塞的摩擦阻力又可忽略，则W的大小为p-V图上准静态过程曲线下阴影部分的面积系统对外界所做

8、的功为在非静态过程中，外界对系统所做的功仍等于外界压力与活塞位移的乘积，但是二、功2、液体表面薄膜面积变化所做的功液体表面薄膜张于金属框上，长为l金属丝可以自由移动，液体膜的表面张力系数为σ金属丝准静态地移动dx时，外界对液体表面薄膜所做的功为三、功的一般表示外参量：类似于广义坐标广义力：§1-5热力学