热统第一章(白底黑字)

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1、热力学统计物理（汪志诚）参考书目：王竹溪《热力学简程》《统计物理学导论》马本堃《热力学与统计物理学》李楠《热学》钟云宵《热力学与统计物理学》熊咏涛《热力学》、《统计物理》热力学统计物理第一章热力学基本定律第二章均匀物质的热力学性质第三章单元系的相变第四章多元系的复相平衡和化学平衡第六章近独立粒子及其最概然分布第九章系综理论第七章玻耳兹曼统计第八章玻色统计和费米统计导言热力学：“热不是别的什么东西，而是动力（能量），或者可以说，它是改变了的形态的运动，它是一种运动…….”统计物理：爱因斯坦-布朗运动皮

2、兰-实验验证一.热力学与统计物理学的研究任务是什么?研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。二.热力学与统计物理学的研究方法有什么特点？热力学不考虑物质的微观结构，而是从实验总结的定律出发经过严密的逻辑推理得到物体宏观热性质间的联系，从而揭示热现象的有关规律。统计物理认为，热现象是微观粒子热运动的宏观表现，而实际观测到的宏观热力学量则是相应微观力学量的统计平均值。三.本课程的特点和要求作为宏观理论与微观理论的结合，热力学与统计物理学是一个比较好的例子。其中统计物理的部分与当代物理学前沿的很多内

3、容结合较紧。数学上不是太难，但是需要补充一些概率论方面的知识，重要的是把握好物理模型的构建，以及概念之间的相互关系，学习中重点领会其中的物理思想和物理方法。第一章热力学基本定律1．1热力学系统的平衡状态及其描述1．2热平衡定律和温度1．3物态方程1．4功1．5热力学第一定律1．6热容量和焓1．7理想气体的内能1．8理想气体的绝热过程1．9理想气体的卡诺循环1．10热力学第二定律1．11卡诺定理1．12热力学温标1．13克劳修斯等式和不等式1．14熵和热力学基本方程1．15理想气体的熵1．16热力学第

4、二定律的普遍表述1．17熵增加原理的简单应用1．18自由能和吉布斯函数第一章热力学的基本规律§1.1平衡态及其描述一、系统的分类（孤立系、闭系、开系）系统种类有无物质交换有无能量交换孤立系无无闭系无有开系有有二、热力学平衡态在不受外界影响的条件下，系统的性质不随时间变化的状态为热力学平衡态。驰豫过程与驰豫时间；2.不受外界影响条件；3.热动平衡；4.非孤立系的平衡态。１.状态参量（几何、力学、化学、电磁参量）几何参量——长、宽、面积、体积力学参量——力、压强、广义力化学参量——摩尔数、物质的量电磁参

5、量——电场、磁场-2.状态函数三、状态函数四、相五、非平衡态的描述一个物理性质均匀的系统称为一个相。根据相的数量，可以分为单相系和复相系。§1.2热平衡定律及温度一、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，它们彼此也处在热平衡.cabcab若A与B平衡，则有：B与C平衡，有：由热平衡定律，A与B平衡，故：二、态函数温度存在着态函数g(P,V)用来表征系统热平衡状态下的特征，经验表明，这就是系统的温度。1.经验温标：凡是以某物质的某一属性随冷热程度的变化为依据而确定的温标称

6、为经验温标。2.理想气体温标：3.热力学温标：不依赖任何具体物质特性的温标。在理想气体可以使用的范围内，理想气体温标与热力学温标是一致的。三.温度计与温标华氏温度(华伦海特-英国)：美、英、澳大利亚、印度……摄氏温度（摄耳西乌斯-瑞典）：中、法……列氏温度（列奥米尔-法国）：德国……华氏温度：以冰水混合物（冰点）为32度，水沸点为212度，中间分180等分。摄氏温度：冰点为0度，沸点为100度，分100等分。列氏温度：冰点与沸点间分80等分。建立温度计与被测系统的热平衡。水银温度计2.选择水银柱长随

7、温度变化指示温度。01020303.用水的三相点作摄氏零度。沸点为100度。确定温标。§1.3物态方程一.物态方程是温度与状态参量之间的函数关系。对于简单系统：有f(P,V,T)＝0二.常用物理量三.物态方程的具体形式：1.气体的物态方程.a.理想气体＝玻－马定律＋阿氏定律＋焦耳定律b.理想气体状态方程:范德华尔斯方程：昂尼斯方程：C.实际气体的状态方程:2.简单的固体和液体（已知：α、κT)V=V0[1+α(T-T0)-κT(p-p0)]3.顺磁介质：M=CH/T(实验公式）4.5液体表面薄膜＝

8、0(1-/·)四.广延量和强度量广延量：与系统的质量或物质的量成正比。强度量：与系统的质量或物质的量无关。例：质量，体积等例：压强，温度等§1.4功一.准静态过程1.系统从一个状态（平衡态或非平衡态）变化到另一个状态的过程叫热力学过程2.准静态过程：过程又无限靠近的平衡态组成，过程进行的每一步，系统都处于平衡态3.近似的准静态过程4.准静态过程的判据和重要性质a驰豫时间判据b对于无摩擦阻力系统，外界作用力可用平衡态状态参量来表示PV0dV-----系统体积变化二