第一章 引论 热力学的基本规律ppt课件.ppt

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1、热力学统计物理参考书：汪志诚《热力学·统计物理》（第四版）主讲人：刘新国1课程安排课堂教学:54学时作业:活页纸做考试：平时成绩+期中+期末2内容热力学基本规律均匀热力学系统相与相变系统微观状态；等概率假定玻耳兹曼分布（经典统计）玻色分布和费米分布（量子统计）系综理论3绪论研究对象：宏观物质系统1.由大量微观粒子组成；2.微观粒子的无规则热运动，决定物性和物态。研究任务：研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。研究方法：1.宏观唯象理论——热力学2.微观本质理论——统计物理4567第一章热力学基本规律平衡

2、状态的描述；热力学第一定律；对理想气体的应用；热力学第二定律；熵；熵增加原理及应用。81.1热力学系统的平衡状态一、系统、状态、平衡状态1.系统与外界（环境）系统外界边界我们关注系统的各种性质，给予尽可能精确的描述。而对外界只给出概括性描述。系统与外界之间可能交换能量或物质（粒子）。根据不同的交换，区分系统为孤立系统：与外界无交换。封闭系统：与外界可交换能量。开放系统：与外界交换能量与粒子。9例孤立系统：粒子数N不变、能量E不变。封闭系统：粒子数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103.平衡状态2

3、.系统的状态力学、电磁学和热力学性质由连续的物理量描述：是坐标和时间，则系统的任意物理量可写作等实验事实：孤立系统经过很长时间以后，达到一种状态，描述其状态的物理量等(2)尽可能均匀(1)不再随时间变化11这种状态叫系统的平衡状态（不变性和尽可能均匀性）。同样性质可以推广到封闭系统和开放系统。存在热流由傅立叶定律则温度梯度不为零。即温度不均匀。求稳定的温度分布。温度的稳定分布，但不是平衡状态平衡状态温度应是均匀的。区分稳定状态和平衡状态12二、状态参量系统处于平衡状态，它的所有宏观物理量具有确定值。其中只有确定数目的几个是相互

4、独立的。其余的宏观物理量可以表示为这几个独立量的函数，叫热力学量这几个独立的宏观物理量就是状态参量。独立参量的个数随具体系统而定。均匀系统只有两个状态参量1.定义理想气体：P,V,T都是可以直接测量的，但其中的两个为‥‥。肥皂泡表面：A(面积),σ(表面张力),T中任选两个。电介质：E(电场强度),P(电极化强度),T等中两个。与非平衡状态比较，确定平衡状态需要的参量个数最少。132.分类力学参量：几何参量：容积、面积、长度压强、表面张力、应力化学参量：质量、摩尔数电磁参量：电场强度、极化强度、磁场强度、磁化强度3.热力学单位

5、（国际单位制）压强：帕斯卡：标准大气压：能量：焦耳：141.2热平衡定律（热力学第0定律）和温度一、热平衡的可传递性1.绝热与透热绝热：无热交换透热：可热交换152.透热导致热平衡热平衡：163.热平衡的可传递性表示热平衡二、热力学第0定律1.温度的引入三个相互独立的均匀系统的6个状态参量：17在四个独立的之中加一个约束条件，即它们之间产生一个函数关系同理产生一个函数关系解之得解之得a.b.c.合起来得产生函数关系它与上式应同时成立，故是不必要的，因此18关系式的每一边都表示一个热力学函数。此式表明，两个系统热平衡时，存在一个

6、互相相等的热力学量。这个热力学量叫温度。2.热力学第0定律两个系统分别与第三个系统热平衡，则这两个系统相互热平衡。二、温度计用建立热平衡的方法测量温度。2.利用几何量或物理量的变化，指示温度的变化。3.选择适当的测温物质标定温度。理想气体温标、热力学温标。19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。201.3物态方程一、物态方程均匀系统有各种可以直接测量的热力学量，如压强、容积和温度。其中只有两个可以取作状态参量，其它热力学

7、量是它们的函数。计函数关系为它是可以直接测量的热力学量之间的关系，叫状态方程。体涨系数表示压强不变时，单位容积随温度的变化率。压强系数表示容积不变时，压强随温度的变化率。21等温压缩系数表示温度不变时，单位容积随压强的变化率。又有一般的微分关系因此22二、几种物态方程1.气体（n摩尔）理想气体：（1摩尔）范氏气体：昂尼斯气体方程232.简单固体和液体系数和很小243.顺磁性固体可以测量的热力学量：磁化强度磁场强度温度居里定律三、广延量和强度量广延量：与系统的摩尔数成正比的热力学量。容积、内能、总磁矩；强度量：与系统的大小无关的

8、热力学量。温度、压强、磁化强度、密度等。（＝广延量/容积）即：物态方程25例已知某气体的定压膨胀系数和等温压缩系数为求此气体的状态方程。解：均匀系统有两个独立的状态参量，取为p,T。V是它们的函数26的全微分全微分的积分与积分路径无关。12沿1求，即求微分27比较理想气体28