熱力學(xué)統(tǒng)計第一章

第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律

緒論§1-1

熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述§1-2

熱力學(xué)第一定律§1-3

熱容量與焓

§1-4

絕熱過程與氣體的內(nèi)能§1-5

熱力學(xué)第二定律§1-6

熱力學(xué)溫標(biāo)§1-7

熵§1-8

簡單的應(yīng)用第1頁課程要求期末小結(jié)期中測驗(yàn)平時作業(yè)每章小節(jié)

a.

30%70%期末考試

常規(guī)答疑兩周一次2一、基本概念相互作用類別：孤立系：與其它物體沒有相互作用的系統(tǒng)閉系：與外界有能量交換，但沒有粒子交換的系統(tǒng)。開系：既有能量交換，又有粒子交換的系統(tǒng)?！?-1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述3熱力學(xué)平衡狀態(tài)：一個孤立系統(tǒng)，經(jīng)過足夠長的時間后，系統(tǒng)的各種宏觀狀態(tài)性質(zhì)在長時間內(nèi)不發(fā)生任何變化。說明：

系統(tǒng)由初態(tài)達(dá)到平衡狀態(tài)所經(jīng)歷的時間稱為弛豫時間。系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變，大量微觀粒子卻仍處在不斷的運(yùn)動之中，因此熱力學(xué)的平衡狀態(tài)是一種動的平衡，常稱為熱動平衡。

系統(tǒng)宏觀物理量的數(shù)值仍會發(fā)生或大或小的漲落，在適當(dāng)?shù)臈l件下可以觀察到，這是統(tǒng)計平均的必然結(jié)果。4幾何參量、力學(xué)參量、化學(xué)參量和電磁參量等四類變量來

描述熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)

系統(tǒng)各部分的性質(zhì)是完全一樣的，我們稱這系統(tǒng)為均勻系

如果整個系統(tǒng)不是均勻的，但可以分為若干個均勻的部分，我們稱它為復(fù)相系

例如水和水蒸氣構(gòu)成—個兩相系，水為一個相，水蒸氣為另一個相。

5國際單位制，長度的單位是m(米)，體積m3(立方米)。

壓力是作用在單位面積上的力。力的單位是N(牛頓)

1N＝1kg．Ms-2

壓力的單位是N·m-2，稱為Pa(帕)。

力還有一個單位，暫時與國際單位制并用，名為

atm(大氣壓)

1atm＝101325＝1.01325×105Pa熱力學(xué)量的單位6二、熱平衡定律和溫度

ABAB絕熱板導(dǎo)熱板A、B兩體系互不影響各自達(dá)到平衡態(tài)A、B兩體系的平衡態(tài)有聯(lián)系達(dá)到共同的熱平衡狀態(tài)（熱平衡），A、B兩體系有共同的宏觀性質(zhì)，稱為系統(tǒng)的溫度。處于熱平衡的多個系統(tǒng)具有相同的溫度7設(shè)A和C、B和C分別熱平衡，則A和B一定熱平衡。

（熱力學(xué)第零定律）ABC存在函數(shù)關(guān)系平衡平衡平衡與C無關(guān)系統(tǒng)的溫度8溫度測量ABA和B熱平衡，TA=TB

；B<<A，A改變很小，TA基本是原來體系A(chǔ)的溫度熱脹冷縮特性，標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，冰水混合，B上留一刻痕，水沸騰，又一刻痕，之間百等份，就是攝氏溫標(biāo)Co）。酒精或水銀9溫度計凡是以某一物質(zhì)（測溫物質(zhì)）的某一特性(測溫特性)隨冷熱程度的變化為依據(jù)而確定的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。水銀溫度計以水銀柱的長度，定容氣體溫度計以氣體的壓強(qiáng)(體積固定不變)，定壓氣體溫度計以氣體的體積(壓強(qiáng)固定不變)來確定溫標(biāo)。TP273.16K氣相液相固相臨界點(diǎn)609Pa水的相圖，三相點(diǎn)只有一個（水的三相點(diǎn)演示）10定容氣體溫度計

定壓氣體溫度計

它們趨于一個共同的極限溫標(biāo)，這個極限溫標(biāo)就叫做理想氣體溫標(biāo)。我們以T表示用理想氣體溫標(biāo)，它的單位是K(開爾文)。它的單位是℃(攝氏度)攝氏溫標(biāo)：以t表示用攝氏溫標(biāo)計量的溫度它的定義為

11三、物態(tài)方程物態(tài)方程：給出溫度和狀態(tài)參量之間的函數(shù)關(guān)系的方程

各種物質(zhì)的物態(tài)方程的具體函數(shù)關(guān)系不可能由熱力學(xué)理論推導(dǎo)出來，而要由實(shí)驗(yàn)測定。12

與物態(tài)方程相關(guān)的物理量

膨脹系數(shù)壓強(qiáng)系數(shù)壓強(qiáng)保持不變時，溫度升高1K所引起的物體體積變化的百分比。溫度保持不變的時,增加單位壓強(qiáng)所引起的物體體積變化的百分比.壓縮系數(shù)體積保持不變時，溫度升高1K所引起的壓強(qiáng)變化的百分比。1314

(一)氣體

1662，玻意耳(Boyle)發(fā)現(xiàn)，對于給定質(zhì)量的氣體在溫度不變時，其壓強(qiáng)p和體積V乘積是一個常數(shù)

PV=C

為玻意耳定律。

稱完全遵守玻意耳定律的氣體為理想氣體。下面根據(jù)玻意耳定律和理想氣體溫標(biāo)，導(dǎo)出理想氣體的物態(tài)方程。15狀態(tài)變化

PV=C

為玻意耳定律理想氣體溫標(biāo)2.不變，1．V1不變

16在相同的溫度和壓強(qiáng)之下，相等體積所含各種氣體的摩爾數(shù)相等。這稱為阿伏伽德羅定律。在氣體的壓強(qiáng)趨于零的極限條件下，阿氏定律是正確的。因此，在摩爾數(shù)相同時對于各種理想氣體17實(shí)驗(yàn)測得在冰點(diǎn)(T＝273.15K)和1atm下，理想氣體的摩爾體積為m3·mol-1由此可得＝8.3145Jmol-1K-1因此，對于1mol理想氣體，物態(tài)方程為

nmol理想氣體的物態(tài)方程則為18范德瓦耳斯(Vander

waals)方程(范氏方程)昂尼斯將pV展開為或的冪級數(shù)，而得到氣體的精確的物態(tài)方程，稱為昂尼斯方程。對于1mol氣體，昂尼斯方程可以表為A(T),B(T),C(T),B’(T),C’(T)分別稱為第一、第二、第三維里系數(shù)，其值由實(shí)驗(yàn)確定。當(dāng)壓強(qiáng)趨于0，體積趨于無窮，過渡到理想氣體。對1mol的氣體，范氏方程為：19

(二)簡單固體

1液體

固體和液體的膨脹系數(shù)與壓強(qiáng)近似無關(guān),但是溫度的函數(shù)。在一般溫度下液體膨脹系數(shù)的數(shù)量級是

簡單固體和液體的物態(tài)方程的近似表式固體膨脹系數(shù)的數(shù)量級是固體的壓縮系數(shù)的數(shù)量級是液體的壓縮系數(shù)的數(shù)量級是20

(三)順磁性固體

將順磁性固體置于外磁場中，順磁性固體會被磁化。

用

表示單位體積的磁矩，名為磁化強(qiáng)度。用H表示磁場強(qiáng)度．磁化強(qiáng)度

，磁場強(qiáng)度H與溫度T的關(guān)系居里(Curie)定律。C是常數(shù),其大小因不同的物質(zhì)而異,可以由實(shí)驗(yàn)測定。如果樣品是均勻磁化的，樣品的總磁矩是磁化強(qiáng)度

與體積V的乘積，。

實(shí)驗(yàn)測得一些磁性物質(zhì)的物態(tài)方程為21宏觀量

從整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)量，一般可以直接測量。

M、V、E

等----可以累加，稱為廣延量。

P、T

等----不可累加，稱為強(qiáng)度量。微觀量描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的物理量。如分子的質(zhì)量m