均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件

第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)1焓的微分表達(dá)式焓的微分表達(dá)式2自由能的微分表達(dá)式自由能的微分表達(dá)式3吉布斯函數(shù)的微分表達(dá)式吉布斯函數(shù)的微分表達(dá)式42.2

麥?zhǔn)详P(guān)系四個(gè)偏微分理論值實(shí)驗(yàn)值能量量綱各量的意義正負(fù)號(hào)的記憶2.2麥?zhǔn)详P(guān)系四個(gè)偏微分5麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用6均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件7范氏氣體范氏氣體8選T，P作自變量H（T，P）選T，P作自變量H（T，P）9求絕熱壓縮系數(shù)與等溫壓縮系數(shù)之比？多元函數(shù)雅可比行列式可以按除法法則運(yùn)算分子、分母相同時(shí)可取消，成為腳標(biāo)計(jì)算技巧求絕熱壓縮系數(shù)與等溫壓縮系數(shù)之比？多元函數(shù)102.3氣體的節(jié)流過程熱力學(xué)方法的特點(diǎn)物理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)值偏微分的意義節(jié)流過程溫度變化如何？焦耳—湯姆孫效應(yīng)能否獲得低溫？2.3氣體的節(jié)流過程熱力學(xué)方法的特點(diǎn)11節(jié)流過程的計(jì)算節(jié)流過程的計(jì)算12的討論的討論13實(shí)際氣體的討論實(shí)際氣體的討論14范氏氣體的討論范氏氣體的討論15均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件16范氏氣體的溫度改變來源于a,b0a,b的作用是相反的，對(duì)應(yīng)于吸引與排斥分子間互作用大，b可略去，氣體變冷分子間互作用小，a可略去，氣體變熱范氏氣體的溫度改變來源于a,b017絕熱膨脹降溫節(jié)流過程可降溫絕熱膨脹可否降溫？要求什么量呢？絕熱膨脹降溫節(jié)流過程可降溫182.4基本熱力學(xué)函數(shù)的確定物態(tài)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)定內(nèi)能（一定律）+物態(tài)方程熵(二定律）2.4基本熱力學(xué)函數(shù)的確定物態(tài)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)定19熵的表達(dá)式內(nèi)能與熵的表達(dá)式對(duì)于任何物質(zhì)系統(tǒng)都適用固態(tài)與液態(tài)（凝聚態(tài)）體積變化不易測(cè)定選取(T,P)作自變量要比選(T,V)方便熵的表達(dá)式內(nèi)能與熵的表達(dá)式對(duì)于任何物質(zhì)系統(tǒng)都適用20均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件21例：求理想氣體的

H(T,P),S(T,P),G(T,P)?例：求理想氣體的

H(T,P),S(T,P),G(T,P)?22S(T,P)=?S(T,P)=?23G(T,P)=?G(T,P)=?24均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件25例2：求范氏氣體的內(nèi)能和熵例2：求范氏氣體的內(nèi)能和熵26例3：求簡(jiǎn)單固體的內(nèi)能及熵例3：求簡(jiǎn)單固體的內(nèi)能及熵272.5特性函數(shù)內(nèi)能dU=TdS-PdV焓dH=TdS+VdP自由能dF=-SdT-PdV吉布斯函數(shù)dG=-SdT+VdP微分與積分特性函數(shù)的作用2.5特性函數(shù)內(nèi)能dU=TdS-PdV282.6表面的熱力學(xué)理論表面是一個(gè)分界面在表面層內(nèi)的分子與兩相中的分子有相互作用，因此是一個(gè)表面相近似為一個(gè)幾何面主要參量：表面積A，表面張力系數(shù)F(,A,T)=0,=(T)2.6表面的熱力學(xué)理論表面是一個(gè)分界面29均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件30表面系統(tǒng)的特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果：液膜表面絕熱收縮時(shí)溫度升高。等溫收縮dA,表面內(nèi)能的變化是udA?單位表面內(nèi)能>自由能?表面張力系數(shù)隨溫度的升高而減少?(T,A)是表面系統(tǒng)的特性函數(shù)表面系統(tǒng)的特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果：液膜表面絕熱收縮時(shí)溫度升高。31例：表面張力系數(shù)為（T），求表面膜在可逆等溫膨脹時(shí)吸收的熱量Q？例：表面張力系數(shù)為（T），求表面膜在可逆等溫膨脹時(shí)吸收的322.7熱輻射的熱力學(xué)理論空間內(nèi)某區(qū)域與周圍物體處于平衡的輻射稱為平衡輻射受熱物體輻射電磁波稱為熱輻射M與N平衡達(dá)到T系統(tǒng)的狀態(tài)參量（T，V，P）2.7熱輻射的熱力學(xué)理論空間內(nèi)某區(qū)域與周圍物體處于平衡的輻33黑體輻射M，N，和空腔壁間進(jìn)行熱交換后達(dá)到相同的溫度熱平衡熱輻射的特性只與溫度有關(guān)，而與輻射體的性質(zhì)無關(guān)平衡輻射。物體與周圍場(chǎng)的互作用很復(fù)雜。完全吸收各種頻率電磁波的稱為黑體完全反射各種頻率電磁波的稱為白體完全透射各種頻率電磁波的稱為透明體黑體輻射M，N，和空腔壁間進(jìn)行熱交換后達(dá)到相同的溫度熱平衡34空窖輻射場(chǎng)自然界沒有絕對(duì)的黑體設(shè)計(jì)一個(gè)黑體一個(gè)空窖，有一小孔，光線通過小孔射入，多次反射后接收，是黑體的一種近似能量完全被吸收空窖輻射場(chǎng)自然界沒有絕對(duì)的黑體35空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能密度空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能和內(nèi)能密度按頻率的分布只與溫度有關(guān)，與窖體的材料、性質(zhì)等無關(guān)兩個(gè)空窖，材料，形狀不同，溫度相同。加一濾光片，w+dw的光通過空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能密度空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能和內(nèi)能密度按頻率的分布只36空窖輻射是一熱力學(xué)系統(tǒng)空窖輻射是一熱力學(xué)系統(tǒng)37均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件38空窖輻射的熵？空窖輻射的熵？39輻射場(chǎng)的絕熱過程輻射場(chǎng)的絕熱過程40輻射場(chǎng)的輻射通量密度輻射場(chǎng)的輻射通量密度Ju是單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積向一側(cè)輻射的能量輻射通量密度與能量密度的關(guān)系是Ju=(1/4)cu通過立體角的證明輻射場(chǎng)的輻射通量密度輻射場(chǎng)的輻射通量密度Ju是單位時(shí)間內(nèi)通過41研究輻射場(chǎng)的意義輻射場(chǎng)是一個(gè)能量場(chǎng)，熱力學(xué)規(guī)律的普遍性。G=0，反映光子數(shù)是不守恒的。黑體輻射是經(jīng)典物理的災(zāi)難，它導(dǎo)致量子物理的誕生。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)有：斯特藩定律列別節(jié)夫光壓公式基爾霍夫定律推導(dǎo)出普朗克公式。研究輻射場(chǎng)的意義輻射場(chǎng)是一個(gè)能量場(chǎng)，熱力學(xué)規(guī)律的普遍性。相關(guān)422.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)2.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)432.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)磁介質(zhì)：研究受到非機(jī)械力作用的物理系統(tǒng)的行為。固體—體積變化可略去，主要是磁性質(zhì)與溫度間的關(guān)系。磁介質(zhì)的內(nèi)能與極化的表達(dá)式比較多，但結(jié)果是相同的。2.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)磁介質(zhì)：研究受到非機(jī)械力作用的物理系統(tǒng)44磁介質(zhì)功的表達(dá)式磁介質(zhì)功的表達(dá)式45均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件46磁介質(zhì)的熱力學(xué)基本方程磁介質(zhì)的熱力學(xué)基本方程47磁介質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)磁介質(zhì)的熱力學(xué)函數(shù)48均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件49順磁物質(zhì)在磁場(chǎng)變化下對(duì)溫度的響應(yīng)順磁物質(zhì)在磁場(chǎng)變化下對(duì)溫度的響應(yīng)50磁介質(zhì)對(duì)壓強(qiáng)的響應(yīng)磁介質(zhì)對(duì)壓強(qiáng)的響應(yīng)51獲得低溫的方法氣體的節(jié)流過程絕熱膨脹過程可達(dá)到1K的低溫。液化氫：（1898年）液化氦：（1908年）（1934年）絕熱去磁（1926年）可產(chǎn)生1K以下溫度。

獲得低溫的方法氣體的節(jié)流過程52獲得低溫的進(jìn)展節(jié)流過程：1898年由杜瓦將氫液化達(dá)到20.4K氦的液化—臨界溫度6K—1922年昂尼斯利用節(jié)流與絕熱蒸發(fā)致冷達(dá)到0.83K科學(xué)與工程的需求絕熱去磁發(fā)展獲得低溫的進(jìn)展節(jié)流過程：1898年由杜瓦將氫液化達(dá)到20.453用絕熱去磁法獲得低溫利用順磁鹽先用液氦冷卻到1K再加強(qiáng)磁場(chǎng)，讓氦將熱量帶走硫酸釓0.25K(1933)硫酸鐵銨0.038K硝酸鈰鎂0.42mK利用磁矩排列的原理來降溫用絕熱去磁法獲得低溫利用順磁鹽54創(chuàng)世界記錄1956年開創(chuàng)了核自旋絕熱去磁的技術(shù)利用銅和鎳鐠合金兩種材料可達(dá)到K的水平1990年已獲得800PK如何測(cè)量呢？創(chuàng)世界記錄1956年開創(chuàng)了核自旋絕熱去磁的技術(shù)55第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)56焓的微分表達(dá)式焓的微分表達(dá)式57自由能的微分表達(dá)式自由能的微分表達(dá)式58吉布斯函數(shù)的微分表達(dá)式吉布斯函數(shù)的微分表達(dá)式592.2

麥?zhǔn)详P(guān)系四個(gè)偏微分理論值實(shí)驗(yàn)值能量量綱各量的意義正負(fù)號(hào)的記憶2.2麥?zhǔn)详P(guān)系四個(gè)偏微分60麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用61均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件62范氏氣體范氏氣體63選T，P作自變量H（T，P）選T，P作自變量H（T，P）64求絕熱壓縮系數(shù)與等溫壓縮系數(shù)之比？多元函數(shù)雅可比行列式可以按除法法則運(yùn)算分子、分母相同時(shí)可取消，成為腳標(biāo)計(jì)算技巧求絕熱壓縮系數(shù)與等溫壓縮系數(shù)之比？多元函數(shù)652.3氣體的節(jié)流過程熱力學(xué)方法的特點(diǎn)物理效應(yīng)實(shí)驗(yàn)值偏微分的意義節(jié)流過程溫度變化如何？焦耳—湯姆孫效應(yīng)能否獲得低溫？2.3氣體的節(jié)流過程熱力學(xué)方法的特點(diǎn)66節(jié)流過程的計(jì)算節(jié)流過程的計(jì)算67的討論的討論68實(shí)際氣體的討論實(shí)際氣體的討論69范氏氣體的討論范氏氣體的討論70均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件71范氏氣體的溫度改變來源于a,b0a,b的作用是相反的，對(duì)應(yīng)于吸引與排斥分子間互作用大，b可略去，氣體變冷分子間互作用小，a可略去，氣體變熱范氏氣體的溫度改變來源于a,b072絕熱膨脹降溫節(jié)流過程可降溫絕熱膨脹可否降溫？要求什么量呢？絕熱膨脹降溫節(jié)流過程可降溫732.4基本熱力學(xué)函數(shù)的確定物態(tài)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)定內(nèi)能（一定律）+物態(tài)方程熵(二定律）2.4基本熱力學(xué)函數(shù)的確定物態(tài)方程實(shí)驗(yàn)測(cè)定74熵的表達(dá)式內(nèi)能與熵的表達(dá)式對(duì)于任何物質(zhì)系統(tǒng)都適用固態(tài)與液態(tài)（凝聚態(tài)）體積變化不易測(cè)定選取(T,P)作自變量要比選(T,V)方便熵的表達(dá)式內(nèi)能與熵的表達(dá)式對(duì)于任何物質(zhì)系統(tǒng)都適用75均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件76例：求理想氣體的

H(T,P),S(T,P),G(T,P)?例：求理想氣體的

H(T,P),S(T,P),G(T,P)?77S(T,P)=?S(T,P)=?78G(T,P)=?G(T,P)=?79均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件80例2：求范氏氣體的內(nèi)能和熵例2：求范氏氣體的內(nèi)能和熵81例3：求簡(jiǎn)單固體的內(nèi)能及熵例3：求簡(jiǎn)單固體的內(nèi)能及熵822.5特性函數(shù)內(nèi)能dU=TdS-PdV焓dH=TdS+VdP自由能dF=-SdT-PdV吉布斯函數(shù)dG=-SdT+VdP微分與積分特性函數(shù)的作用2.5特性函數(shù)內(nèi)能dU=TdS-PdV832.6表面的熱力學(xué)理論表面是一個(gè)分界面在表面層內(nèi)的分子與兩相中的分子有相互作用，因此是一個(gè)表面相近似為一個(gè)幾何面主要參量：表面積A，表面張力系數(shù)F(,A,T)=0,=(T)2.6表面的熱力學(xué)理論表面是一個(gè)分界面84均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件85表面系統(tǒng)的特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果：液膜表面絕熱收縮時(shí)溫度升高。等溫收縮dA,表面內(nèi)能的變化是udA?單位表面內(nèi)能>自由能?表面張力系數(shù)隨溫度的升高而減少?(T,A)是表面系統(tǒng)的特性函數(shù)表面系統(tǒng)的特征實(shí)驗(yàn)結(jié)果：液膜表面絕熱收縮時(shí)溫度升高。86例：表面張力系數(shù)為（T），求表面膜在可逆等溫膨脹時(shí)吸收的熱量Q？例：表面張力系數(shù)為（T），求表面膜在可逆等溫膨脹時(shí)吸收的872.7熱輻射的熱力學(xué)理論空間內(nèi)某區(qū)域與周圍物體處于平衡的輻射稱為平衡輻射受熱物體輻射電磁波稱為熱輻射M與N平衡達(dá)到T系統(tǒng)的狀態(tài)參量（T，V，P）2.7熱輻射的熱力學(xué)理論空間內(nèi)某區(qū)域與周圍物體處于平衡的輻88黑體輻射M，N，和空腔壁間進(jìn)行熱交換后達(dá)到相同的溫度熱平衡熱輻射的特性只與溫度有關(guān)，而與輻射體的性質(zhì)無關(guān)平衡輻射。物體與周圍場(chǎng)的互作用很復(fù)雜。完全吸收各種頻率電磁波的稱為黑體完全反射各種頻率電磁波的稱為白體完全透射各種頻率電磁波的稱為透明體黑體輻射M，N，和空腔壁間進(jìn)行熱交換后達(dá)到相同的溫度熱平衡89空窖輻射場(chǎng)自然界沒有絕對(duì)的黑體設(shè)計(jì)一個(gè)黑體一個(gè)空窖，有一小孔，光線通過小孔射入，多次反射后接收，是黑體的一種近似能量完全被吸收空窖輻射場(chǎng)自然界沒有絕對(duì)的黑體90空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能密度空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能和內(nèi)能密度按頻率的分布只與溫度有關(guān)，與窖體的材料、性質(zhì)等無關(guān)兩個(gè)空窖，材料，形狀不同，溫度相同。加一濾光片，w+dw的光通過空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能密度空窖輻射場(chǎng)的內(nèi)能和內(nèi)能密度按頻率的分布只91空窖輻射是一熱力學(xué)系統(tǒng)空窖輻射是一熱力學(xué)系統(tǒng)92均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)課件93空窖輻射的熵？空窖輻射的熵？94輻射場(chǎng)的絕熱過程輻射場(chǎng)的絕熱過程95輻射場(chǎng)的輻射通量密度輻射場(chǎng)的輻射通量密度Ju是單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積向一側(cè)輻射的能量輻射通量密度與能量密度的關(guān)系是Ju=(1/4)cu通過立體角的證明輻射場(chǎng)的輻射通量密度輻射場(chǎng)的輻射通量密度Ju是單位時(shí)間內(nèi)通過96研究輻射場(chǎng)的意義輻射場(chǎng)是一個(gè)能量場(chǎng)，熱力學(xué)規(guī)律的普遍性。G=0，反映光子數(shù)是不守恒的。黑體輻射是經(jīng)典物理的災(zāi)難，它導(dǎo)致量子物理的誕生。相關(guān)的實(shí)驗(yàn)有：斯特藩定律列別節(jié)夫光壓公式基爾霍夫定律推導(dǎo)出普朗克公式。研究輻射場(chǎng)的意義輻射場(chǎng)是一個(gè)能量場(chǎng)，熱力學(xué)規(guī)律的普遍性。相關(guān)972.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)2.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)982.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)磁介質(zhì)：研究受到非機(jī)械力作用的物理系統(tǒng)的行為。固體—體積變化可略去，主要是磁性質(zhì)與溫度間的關(guān)系。磁介質(zhì)的內(nèi)能與極化的表達(dá)式比較多，但結(jié)果是相同的。2.8磁介質(zhì)的熱力學(xué)磁介質(zhì)：研究受到非機(jī)械力作用的物理系統(tǒng)99