热力学的热点问题 幻灯片.ppt

《热力学的热点问题 幻灯片.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学的热点问题 幻灯片.ppt（31页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、热力学的热点问题 第1页，共31页，编辑于2022年，星期日热力学的时间箭头o霍金(Stephen W.Hawking)的时间箭头（1）脍炙人口的名著时间简史（2）心理学时间箭头（3）宇宙学的时间箭头(宇宙膨胀的方向)最本质的是热力学的时间箭头最本质的是热力学的时间箭头第2页，共31页，编辑于2022年，星期日热力学的时间箭头o传统文化对时间的看法（1）玛雅人相信时间260年循环一次；（2）佛教相信转世轮回，前生来世；（3）中国人相信“20年后又是一条好汉”；（4）古希腊宇宙学派（如亚里士多德、尼梅修斯等）也相信时间的循环模式 第3页，共31页，编辑于2022年，星期日热力学的时间箭头 传统文

2、化对时间的看法o“君不见黄河之水天上来，东流到海不复回；君不见高堂明镜悲白发，朝如青丝暮成雪”李白o“无可奈何花落去，似曾相识燕归来”晏殊第4页，共31页，编辑于2022年，星期日热力学的时间箭头o现代科学对时间的看法(1)牛顿力学n时间是绝对的和唯一的，所有好的钟在测量两个事件的时间间隔上都是一致的；均匀地流逝！n牛顿第二定律中给时间留出了一个二阶导数的位置，时间对于过去和未来是对称的；n“绝对的、真实的、数学的时间，由于它自身的本性，与任何外界事物无关地、均匀地流逝。”自然哲学的数学原理n给我任意一个时刻宇宙中所有物体的状态，就可以使用牛顿力学推知过去和未来。第5页，共31页，编辑于202

3、2年，星期日（2）相对论n每个观察者携带的钟记录他自己的时间测量；n实质上仍时间对称，超光速与回到过去；n“物理定律没有时间性”爱因斯坦n“对我们这些坚信物理学的人来说，过去、现在、未来之间的区别，尽管老缠着我们，不过是一个幻觉而已”1955年3月21日，致贝索家人热力学的时间箭头第6页，共31页，编辑于2022年，星期日（3）量子力学n“能量态与其持续时间不能同时测准”。（4）热力学的时间观n熵增原理-热力学中孤立系统的熵永不减小。n宇宙热寂说-“从物理学的角度预言了世界的末日”，能量品质的降低是不可抗拒的规律。n世界本质上的不可逆性，熵增大的方向就是时间箭头的方向；n熵即时间之箭(Arro

4、w of time)爱丁顿勋爵(Arthur Eddington)；热力学的时间箭头第7页，共31页，编辑于2022年，星期日热力学的时间箭头（4）热力学的时间观 1872年，玻耳兹曼(Ludwig Boltzmann,1844-1906)在解决非平衡过程输运过程规律，确定非平衡态的分布函数时引入了著名的H函数，证明了当非平衡态的分布函数变化时，H是随着时间单调减小的；1877年，他又提出了著名的熵和热力学几率之间关系的公式微观可逆性中找到了宏观不可逆性 第8页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象与临界理论o纯净物的热力面pvT临界临界点点气液固第9页，共31页，编辑于2022年，星期

5、日临界现象与临界理论o凝固时收缩的物质的相图pT固固气气液液流体流体临界点临界点第10页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象与临界理论o流体的流体的T-v图与临界相变图与临界相变CT0vc?Tv液液相相气气相相第11页，共31页，编辑于2022年，星期日界界面面气液临界现象气液临界现象第12页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象界界面面第13页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象界界面面第14页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象界界面面第15页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象第16页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象第17页，共31页，编

6、辑于2022年，星期日临界现象第18页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象第19页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象第20页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象第21页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象o临界状态是流体的一个特殊状态，临界点是相图(p-T图)上气液相变线的终点，对应于气液共存的最高温度和压力状态；o临界点处的相变属于热力学势函数及其一阶导数连续而二阶导数不连续的二阶相变；o特殊性质：第22页，共31页，编辑于2022年，星期日临界现象o临界乳光：定温压缩系数的发散使重力场足以在很小的容器中形成很大的密度梯度，由于光的折射率与流体的密度有关，因

7、此在临界状态，密度涨落造成了光的散射，从而形成临界乳光现象，原本清澈透明的气液界面在极接近临界温度时变得不透明，既而产生向前散射的白光；o临界慢化：比热发散而导热系数和密度为有限值，使得热扩散系数趋于零，将导致所谓的“临界慢化”，即离临界点越近，趋向平衡的时间越长，临界参数测量具有相当难度。临界现象热扩散系数第23页，共31页，编辑于2022年，星期日相变的相似性和类比o相变是有序和无序两种倾向矛盾斗争的结果。相互作用是有序的起因，热运动是无序的来源。o在缓慢降温过程中，每当一种相互作用的能量足以和热运动能量相比时，物质的宏观状态就有可能发生突变。o物质内部存在多种多样的相互作用，越是走向低温

8、，更为精细的相互作用就得以表现出来。尽管相变的表现可以多种多样，但在同一个热力学面上的各种相变现象还是有很多相似性。第24页，共31页，编辑于2022年，星期日多种多样的相变o铁磁相变：以单轴各向异性的铁磁体为例，其具有一个容易磁化的晶轴，磁距取向只能平行或反平行于晶轴。大家知道磁铁可以吸铁，但当温度高于某个临界温度-居里点时，磁铁的磁性会消失。如果从高温开始降温，在居里点处磁性突然出现，但磁距的取向是由偶然因素决定的（也就是说，对于一根长条磁铁，当温度降低出现磁性时，究竟哪端是N极是不确定的）。第25页，共31页，编辑于2022年，星期日多种多样的相变o合金的有序-无序相变：20世纪以来，科

9、学家使用X-射线衍射研究晶体结构，发现不仅元素，而且化合物和合金都具有严格的周期结构。对于合金，当温度升高到某个临界温度(如对于含铜和锌均为50%的黄铜是742K)时，合金的有序性完全消失；o超流相变：对于4He在2.17K左右又发生了一次相变，低温相的He完全失去了粘性，可以毫无阻尼地通过毛细管，在悬挂的容器中会自动爬出来；o超导相变：金属低于某一特定温度时，会完全失去电阻。第26页，共31页，编辑于2022年，星期日相变的类比相变的相似性 铁磁相变铁磁相变 气液临界点气液临界点第27页，共31页，编辑于2022年，星期日描述临界现象的基本物理量o约化温度：量度温度与临界温度的对比差，它表示

10、趋近临界温度的程度o对称破缺与序参量：相变现象也伴随着有序程度的改变和对称的破缺n铁磁相变：对于各向同性的铁磁体。在高温顺磁相，铁磁相变：对于各向同性的铁磁体。在高温顺磁相，微观磁距为零，一切方向是等价的，具有很高的对微观磁距为零，一切方向是等价的，具有很高的对称性。称性。临界现象的描述第28页，共31页，编辑于2022年，星期日描述临界现象的基本物理量n当温度低于居里点时，在低温铁磁相，微观磁距的平均值不再是零，这就是自发磁化强度M，n它选出了特定的空间方向，因此破坏了各向同性，同时这个非零的自发磁化强度M标志着新的磁有序，它的大小表示有序的程度，所以又称为“序参量”。n二阶相变(连续相变)指T=Tc时序参量连续由零变到非零的相变；临界现象的描述第29页，共31页，编辑于2022年，星期日描述临界现象的基本物理量o气液临界点：在临界点上，由于温度较高气液不分，可以认为气液是对称的，到临界点以下，出现了气液两相的结构，破坏了这种对称性。因此将气液密度差 作为气液临界点的序参量。o序参量反映体系内部的性质，只要它具有无穷小的非零值，就意味着对称性质发生改变，出现了有序；第30页，共31页，编辑于2022年，星期日临界指数与临界幂定律 o气液密度差随约化温度变化的幂定律：o沿临界定容线计算的定容（定密度）比热的行为：o定温压缩系数的行为：第31页，共31页，编辑于2022年，星期日