热力学-统计物理学.ppt

热力学与统计物理学;绪论;第一章 热力学基本定律; 热力学系统的状态是用表征系统的宏观物理性质的宏观参量来描述 的。 这种用宏观参量描述的状态称为热力学状态或宏观态，相应的宏观参 量称为状态参量。 热力学系统的宏观状态是由一些独立的物理量完全确定的。可以用这 些物理量的连续函数来描述系统的状态，如简单系统的自由能F(T、V)， 当系统的温度T 和体积V 确定时，系统的状态就完全确定了。;三 平衡态与非平衡态;5、孤立系统从某非平衡态起，直至达到该孤立系统所应有的平衡态所需要的时间称为弛豫时间，用符号τ表示，其长短由系统的性质及弛豫机制决定。; 在一定的平衡态中，描述热力学系统宏观性质的状态参量之间所满足 的函数关系，称为物态方程。; ③气体系统更为精确的物态方程是昂尼斯（Onnes）方程， ;3、电介质固体的物态方程 均匀电介质被放置于电场中时，便发生极化。在极化过程中电介质的体积变化很小。当温度不太低时，均匀电介质的物态方程为 ;五、与物态方程有关的三个系数;[例1] 实验测得某一气体系统的定压膨胀系数和等温压缩系数分别为;六、热力学过程 ;§1.2 热力学第零定律和温度;三、温标和温度计 ;§1.3 热力学第一定律;2、液体表面薄膜面积变化所做的功;由电磁感应定律有 ;4、电介质极化所做的功 ;热传递:系统与外界不做任何宏观功而传递热量的过程;三、内能的表示 ;热力学第一定律的积分式 ;§1.4 热力学第一定律的应用;二、理想气体的内能;三、理想气体的多方过程; 1698年英国人萨维利、1705年纽可门各自独立地发明了蒸汽机 ，主要用于矿井抽水，当时效率很低。1765年瓦特在修理纽可门 蒸汽机的基础上，对蒸汽机作了重大改进，使冷凝器与汽缸分离 ，发明曲轴和齿轮传动以及离心调速器等，使蒸汽机实现了现代 化，大大地提高了蒸汽机效率，使蒸汽机成为当时普遍适用于工 业生产的万能原动机，但是当时的效率只有约3%。;一、热机与循环;热机; 循环过程进行的方向是逆时针方向。系统循环一周，将从低温热源吸收Q2的热量，向高温热源放出Q1的热量，同时外界对系统做功为W=Q1-Q2，其值等于在p-V图上循环曲线所包围的面积。 ;二、卡诺循环和卡诺定理;;“不引起其它变化”的条件，如果没有这个条件，热量是可以从低温物体传到高温物体的. ;自然过程的不可逆性;本课小结： 1、复习了正循环（热机的循环）和逆循环（致冷机的循环） 的概念； 2、讨论了热力学第二定律的两种表述； 3、利用反证法对热力学第二定律的两种表述的等价性进行 了证明； 4、明确了热力学第二定律的本质。 ;§1.6 卡诺定理的应用;二、克劳修斯不等式; 系统和n个可逆卡诺热机共同对外做了净功W0 ,根据热力学第一定律有W0=Q0 ，根据热力学第二定律（开尔文表述）应当有Q0 ≤0（否则形成了单源热机）. 由于T0≥0 ，于是可得 ;;二、热力学基本方程;三、熵增加原理;一、理想气体的熵;[例1] 有n mol的某种理想气体，从状态A通过以下两种方式到达状态C，如图1-17所示，已知VB=V,VC=2V. 试分别求其熵变. ①由A经过等温过程到达C； ②由A经等容过程到达B，再经等压过程到达C. ;[解法2] 利用以V、p为变量的理想气体熵的表达式，可得;[例3] 设有一个温度为T的热源，一台热机循环工作时，只从该热源吸收热量，试用熵增加原理证明其不可能. ;1kg、100℃的水的熵变为; 由于两相平衡的相变过程才是可逆的，所以设想物质为T1的固态经如下可逆过程变为温度为T1的过冷液体：