热力学与统计物理第一章精.ppt

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1、热力学与统计物理第一章第1页，本讲稿共21页研究对象和任务研究对象和任务q大量微观粒子组成的宏观物质系统大量微观粒子组成的宏观物质系统热力学系统热力学系统q微观无规则运动微观无规则运动热运动热运动，研究方法研究方法1.宏观理论宏观理论热力学热力学2.微观理论微观理论统计物理统计物理导言导言决定宏观热现象决定宏观热现象第2页，本讲稿共21页热力学热力学q以可测以可测宏观物理量宏观物理量描述系统状态；描述系统状态；q实验现象实验现象热力学基本定律热力学基本定律宏观物性宏观物性结论可靠普适；结论可靠普适；q将物质看成连续体系，不能揭示微观本质。将物质看成连续体系，不能揭示微观本质。统计物理统计物理q

2、从微观结构出发，深入热运动本质；宏观物性是大量微观粒子热运从微观结构出发，深入热运动本质；宏观物性是大量微观粒子热运动的集体表现；动的集体表现；微观粒子力学量微观粒子力学量宏观物理量宏观物理量q热力学基本定律归结为一条基本统计原理；热力学基本定律归结为一条基本统计原理；q必须借助微观模型，近似导出具体物性。必须借助微观模型，近似导出具体物性。第3页，本讲稿共21页第一章第一章 热力学的基本规律热力学的基本规律1.热平衡定律和温度热平衡定律和温度2.热力学第一定律热力学第一定律3.热力学第二定律热力学第二定律第4页，本讲稿共21页系统孤立封闭开放物质交换无无有能量交换无有有1.1 热平衡定律和温

3、度热平衡定律和温度1.系统与外界系统与外界一一.热力学的基本概念热力学的基本概念孤立孤立第5页，本讲稿共21页2.平衡态及其描述平衡态及其描述平衡态平衡态孤立系统孤立系统各种宏观性质不随时间改变的状态。各种宏观性质不随时间改变的状态。q热动平衡热动平衡热运动未停止，只是平均效果不变。热运动未停止，只是平均效果不变。q状态参量状态参量选定的一组独立宏观量描述平衡态。选定的一组独立宏观量描述平衡态。q广延量和强度量广延量和强度量几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量。几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量。态函数态函数其他宏观量可以表示为状态参量的函数。其他宏观量可以表示为状态参量的函数。第6页，

4、本讲稿共21页q处在平衡态下的系统存在一个处在平衡态下的系统存在一个态函数态函数温度。温度。q达到热平衡的两系统具有共同的宏观性质达到热平衡的两系统具有共同的宏观性质二二 热平衡定律和温度热平衡定律和温度2.温度的概念温度的概念1.热平衡定律热平衡定律热力学第零定律热力学第零定律温度3.物态方程物态方程一般形式一般形式简单系统简单系统热平衡热平衡热接触热接触第7页，本讲稿共21页常见的物态方程常见的物态方程理想气体：理想气体：pV=nRT（克拉珀龙方程）（克拉珀龙方程）实际气体：实际气体：顺磁性固体：顺磁性固体：范德瓦耳斯方程范德瓦耳斯方程3.物态方程物态方程一般形式一般形式简单系统简单系统昂

5、尼斯方程昂尼斯方程（居里定律）（居里定律）磁化强度磁场强度第8页，本讲稿共21页1 1、热力学过程、热力学过程1.2 热力学第一定律热力学第一定律一 过程与状态过程与状态2 2、过程量和状态量、过程量和状态量12 非静态过程非静态过程S 准准静态过程静态过程系统经历的任一中间态都无限接近平衡态系统经历的任一中间态都无限接近平衡态q准静态过程是一个理想过程。准静态过程是一个理想过程。第9页，本讲稿共21页1.1.内能内能q内能是系统内部热运动能量的总和，决定于系统内部的内能是系统内部热运动能量的总和，决定于系统内部的热运动状态，热运动状态，二二.热力学第一定律热力学第一定律 2.2.热力学第一定

6、律热力学第一定律q普遍的能量转化转移守恒定律。普遍的能量转化转移守恒定律。态函数，广延量。态函数，广延量。第10页，本讲稿共21页三三.功的计算功的计算1.体积功体积功 2.面积功面积功 准静态过程中外界对系统所做的功准静态过程中外界对系统所做的功 表面张力系数S3.磁介质的磁化功磁介质的磁化功 真空磁导率真空磁导率 MM 磁磁化强度化强度 H H 磁场强度磁场强度m=M M V 总磁矩总磁矩弹力的功弹力的功 广义力Y广义坐标 y强度量强度量广延量广延量第11页，本讲稿共21页外界在准静态过程中对系统所做的功一般表示为：外界在准静态过程中对系统所做的功一般表示为：是外参量，是外参量，相应的广义

7、力。相应的广义力。四四.热容量与焓热容量与焓热容热容(J/K)摩尔热容（摩尔热容（J K-1 mol-1）q过程量，广延量第12页，本讲稿共21页四四.热容量与焓热容量与焓热容热容(J/K)摩尔热容摩尔热容（J K-1 mol-1）定容热容量定容热容量定压热容量定压热容量焓焓q焓是态函数焓是态函数五、在理想气体中的应用五、在理想气体中的应用q理想气体内能仅是温度的函数，与体积无关。理想气体内能仅是温度的函数，与体积无关。第13页，本讲稿共21页1.3 热力学第二定律热力学第二定律一一.热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯表述：开尔文表述：1.两种表述两种表述2.2.不可逆过程与可逆过程不可逆过

8、程与可逆过程 3.3.热力学第二定律的实质热力学第二定律的实质q自然界一切与热现象有关的实际过程都有其自然界一切与热现象有关的实际过程都有其自发进行的方向，是不可逆的自发进行的方向，是不可逆的。q无摩擦准静态过程是可逆过程，是理想极限。热传导过程具有方向性方向性功热转换过程具有方向性方向性第14页，本讲稿共21页二二.热力学第二定律的应用热力学第二定律的应用1.1.卡诺定理卡诺定理 2.2.克劳修斯等式和不等式克劳修斯等式和不等式q q T 是热源温度。n个热源第15页，本讲稿共21页三三.熵与熵增原理熵与熵增原理1.熵熵ABq A、B是平衡态，R 可取任意可逆过程。q熵是广延量。第16页，本

9、讲稿共21页三三.熵与熵增原理熵与熵增原理1.熵熵q A、B是平衡态，R 可取任意可逆过程。q熵是广延量。2.2.热力学第二定律的数学表达式热力学第二定律的数学表达式AB第17页，本讲稿共21页3.3.熵增加原理熵增加原理 对绝热过程，则有：q 绝热系统的熵永不减少。q孤立系统中自发发生的一切过程都朝着熵增大的方向进行。q孤立系统，平衡态的熵达到极最大值。第18页，本讲稿共21页3.3.熵增加原理熵增加原理 q 孤立系统的熵永不减少。q 熵是系统无序程度（不确定度）的量度。熵是系统无序程度（不确定度）的量度。4.4.熵的含义熵的含义 四、热力学基本微分方程四、热力学基本微分方程对于气体系统 第19页，本讲稿共21页例例1：热量从高温热源：热量从高温热源T1传到低温热源传到低温热源T2，求熵变，求熵变例例2：理想气体等温混合后的熵变：理想气体等温混合后的熵变第20页，本讲稿共21页作业：证明理想气体的迈耶公式：证明理想气体的迈耶公式：1.8,1.9,1.20,1.22第21页，本讲稿共21页