材料熱力學(xué)與動力學(xué)1課件

主要教材(PrimaryTextbook)：

郝士明，材料熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2004

徐瑞，材料熱力學(xué)與動力學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社主要教材(PrimaryTextbook)：

郝士明第一章導(dǎo)言1.1熱力學(xué)、動力學(xué)1.2材料熱力學(xué)和材料科學(xué)1.3課程主要內(nèi)容第一章導(dǎo)言1.1熱力學(xué)、動力學(xué)1.1熱力學(xué)、動力學(xué)1.熱力學(xué)(Thermodynamics)2.動力學(xué)(Kinetics)3.熱力學(xué)發(fā)展史4.熱力學(xué)分類6.熱力學(xué)方法5.熱力學(xué)的普適性1.1熱力學(xué)、動力學(xué)1.熱力學(xué)(Thermodynamic1.1.1TheDefinitionofThermodynamics

Thermodynamics:Theword“thermodynamics”comesfromthetwoGreekwords,“thermos”,meaningheat,and“dynamics”meaningpower.Thisdefinitionreflectsthehistoryofthermodynamicsasearlyworkinthefieldwasassociatedwiththedevelopmentandstudyofsteamengines.Thisdefinitionunfortunatelydoesn’treallytellusmuchaboutthesubject,nordoesitconveythatthermodynamicsisoneofthemostbasicscienceswithapplicationsinallfieldsofengineeringandscience.1.1.1TheDefinitionofThermo熱力學(xué)（thermodynamics）最初因研究熱和機(jī)械功相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系而得名；進(jìn)而發(fā)展成從能量觀點(diǎn)研究物質(zhì)的熱性質(zhì)和熱運(yùn)動，以及建立有關(guān)平衡的一般規(guī)律的科學(xué)。熱力學(xué)是研究物質(zhì)體系的能量及其轉(zhuǎn)換的科學(xué)。Thermodynamicsisthefieldofsciencethatdealswithenergyanditstransformations.熱力學(xué)（thermodynamics）最初因研究熱和機(jī)械功相一種觀點(diǎn)：平衡態(tài)熱力學(xué)(體系的熱力學(xué)力和流均為0)重新命名為“熱靜力學(xué)（Thermostatics）非平衡態(tài)熱力學(xué)(涉及體系的熱力學(xué)力和流)才是名副其實(shí)的“熱力學(xué)（Thermodynamics）－Kinetics一種觀點(diǎn)：1.1.2Kinetics

熱力學(xué)（Thermodynamics）:研究過程的可能性。動力學(xué)（Kinetics）:過程變化速率和變化機(jī)理，即過程的現(xiàn)實(shí)性。任何一個(gè)體系，熱力學(xué)、動力學(xué)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)三方面不是彼此孤立而是密切聯(lián)系的。動力學(xué)比熱力學(xué)要復(fù)雜的多，許多領(lǐng)域未開發(fā)，研究也極活躍。1.1.2Kinetics

熱力學(xué)（Thermodynam1.1.3.熱力學(xué)發(fā)展史

一門科學(xué)的歷史，是那門科學(xué)中最寶貴的一部分，科學(xué)只能給我們知識，而歷史卻給我們智慧。(啟示科學(xué)研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力)人類很早就對熱有所認(rèn)識，并加以應(yīng)用。但是將熱力學(xué)當(dāng)成一門科學(xué)且有定量的研究，則是由17世紀(jì)末開始的，就是在溫度計(jì)的制造技術(shù)成熟以后，才真正開啟了對熱力學(xué)的研究。1.1.3.熱力學(xué)發(fā)展史

一門科學(xué)的歷史，是那門科學(xué)中最寶1.1.3.熱力學(xué)發(fā)展史

熱力學(xué)發(fā)展史，基本上就是熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)力學(xué)的發(fā)展史，約可分成四個(gè)階段：第一個(gè)階段：17世紀(jì)末到19世紀(jì)中葉此時(shí)期累積了大量的實(shí)驗(yàn)與觀察的結(jié)果，并制造出蒸氣機(jī)，對于“熱(Heat)”的本質(zhì)展開研究與爭論，為熱力學(xué)的理論建立作好了熱身。在19世紀(jì)前半葉，首先出現(xiàn)了卡諾理論，熱機(jī)理論(第二定律的前身)和功熱互換的原理(第一定律的基礎(chǔ))。這一階段的熱力學(xué)還留在描述熱力學(xué)的現(xiàn)象上，并未引進(jìn)任何的數(shù)學(xué)算式。第二個(gè)階段：19世紀(jì)中到19世紀(jì)70年代末此階段熱力學(xué)的第一定律和第二定律已完全理論化。由于功熱互換原理建立了熱力學(xué)第一定律，由第一定律和卡諾理論的結(jié)合，導(dǎo)致熱力學(xué)第二定律的成熟。1.1.3.熱力學(xué)發(fā)展史

熱力學(xué)發(fā)展史，基本上就是熱力學(xué)與第三個(gè)階段：19世紀(jì)70年末到20世紀(jì)初這個(gè)時(shí)間內(nèi)，首先由波爾茲曼將熱力學(xué)與分子動力學(xué)的理論結(jié)合，而導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的誕生，同時(shí)他也提出非平衡態(tài)的理論基礎(chǔ)，至20世紀(jì)初吉布斯(Gibbs)提出系統(tǒng)理論建立統(tǒng)計(jì)力學(xué)的基礎(chǔ)。第四個(gè)階段：20世紀(jì)30年代到今主要是量子力學(xué)的引進(jìn)而建立了量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)，同時(shí)非平衡態(tài)理論更進(jìn)一步的發(fā)展，形成了近代理論與實(shí)驗(yàn)物理學(xué)中最重要的一環(huán)。材料熱力學(xué)與動力學(xué)1課件1.1.4.熱力學(xué)分類

三類：平衡態(tài)熱力學(xué)(可逆過程熱力學(xué)、經(jīng)典熱力學(xué))統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)非平衡態(tài)熱力學(xué)（線性、非線性非平衡）經(jīng)典熱力學(xué)研究的對象是平衡態(tài)，面對許多自然現(xiàn)象和社會現(xiàn)象的非平衡態(tài)，它顯得有些不足，所以對非平衡態(tài)熱力學(xué)的研究就尤為重要．1.1.4.熱力學(xué)分類

三類：1.1.5.熱力學(xué)的普適性

熱力學(xué)的主要基礎(chǔ)是熱力學(xué)第一定律及第二定律，它們是人類長期實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。熱力學(xué)具有一定的普適性，它的概念和方法可以應(yīng)用于一切科學(xué)（物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)）與工程領(lǐng)域，甚至宇宙學(xué)和社會科學(xué)(包括宗教)。代表性的有工程熱力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)（物理化學(xué)）以及材料熱力學(xué)等。工程熱力學(xué):應(yīng)用于機(jī)械化學(xué)熱力學(xué):應(yīng)用于化學(xué)現(xiàn)象或與化學(xué)有關(guān)的物理現(xiàn)象材料熱力學(xué):在引述熱力學(xué)基本原理的基礎(chǔ)上，著重以固體材料為例說明這些原理的應(yīng)用,實(shí)則是化學(xué)熱力學(xué)的引伸.1.1.5.熱力學(xué)的普適性

熱力學(xué)的主要基礎(chǔ)是熱力學(xué)第一定Atheoryisthemoreimpressive,thegreaterthesimplicityofitspremises,themoredifferentkindsofthingsitrelates,andthemoreextendeditsareaofapplicability.Thereforethedeepimpressionthatclassicalthermodynamicsmadeuponme.ItistheonlyphysicaltheoryofuniversalcontentwhichIamconvincedwillneverbeoverthrownwithintheframeworkofapplicabilityofitsbasicconcepts.A.Einste理論的推理前提越簡單，它所聯(lián)系的不同事物越多，它的應(yīng)用范圍越廣泛，則這個(gè)理論給人的印象就越深刻。因此．經(jīng)典熱力學(xué)……是具有普遍內(nèi)容的唯一的物理理論。在它的基本概念適用的范圍內(nèi)，它絕不會被推翻。愛因斯坦．1949Atheoryisthemoreimpressiv1.1.6.熱力學(xué)方法

Thermodynamicsisdividedintotwomainsubjects:ClassicalThermodynamics：macroscopicandPhenomenalogicalStatisticalMechanics：microscopicandbasedonthequantumbehavioroftheconstituentatomsofthematerial1.1.6.熱力學(xué)方法

Thermodynamicsis1.1.6.熱力學(xué)方法-ClassicalThermodynamics

經(jīng)典熱力學(xué)方法屬于宏觀方法經(jīng)典熱力學(xué)：以大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)作為研究對象，以經(jīng)驗(yàn)概括出的熱力學(xué)第一、第二定律為理論基礎(chǔ)，引出或定義了熱力學(xué)能、焓、熵、亥姆霍茨函數(shù)、吉布斯函數(shù)，再加上p,V,T這些可由實(shí)驗(yàn)直接測定的宏觀量作為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)，利用這些宏觀性質(zhì)，經(jīng)過歸納與演繹推理，得到一系列熱力學(xué)公式或結(jié)論，用以解決物質(zhì)變化過程的能量平衡、相平衡和反應(yīng)平衡等問題。特點(diǎn)：不涉及物質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)部粒子的微觀結(jié)構(gòu)，只涉及物質(zhì)系統(tǒng)變化前后狀態(tài)的宏觀性質(zhì)。實(shí)踐證明，這種宏觀的熱力學(xué)方法是十分可靠的，它導(dǎo)出的結(jié)論有高度的可靠性和廣泛的普遍性。至今未發(fā)現(xiàn)過實(shí)踐中與熱力學(xué)理論所得結(jié)論相反的情況。1.1.6.熱力學(xué)方法-ClassicalThermod1.1.6.熱力學(xué)方法

宏觀熱力學(xué)的局限性:

它只能回答過程變化的可能性，不能回答變化的現(xiàn)實(shí)性；它能提出反應(yīng)的必要條件，但不能提供充分條件；它能頂測某一過程能否向某一方向進(jìn)行，以及進(jìn)行的限度，但不能解決該過程進(jìn)行所需的時(shí)間以及內(nèi)在原因和變化機(jī)制。(需借助統(tǒng)計(jì)物理學(xué)深入地涉及分子（或原子）微觀態(tài)的各種熱運(yùn)動，即統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)。)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法屬于從微觀到宏觀的方法。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法是在量子力學(xué)方法與經(jīng)典熱力學(xué)方法即微觀方法與宏觀方法之間架起的一座金橋，把二者有效地聯(lián)系在一起。1.1.6.熱力學(xué)方法

宏觀熱力學(xué)的局限性:1.1.6.熱力學(xué)方法-StatisticalThermodynamics

統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)研究的對象：與經(jīng)典熱力學(xué)研究的對象一樣，都是由大量粒子組成的宏觀系統(tǒng)。經(jīng)典熱力學(xué):是從宏觀系統(tǒng)的一些可由實(shí)驗(yàn)直接測定的宏觀性質(zhì)p,V,T等出發(fā)，得到另一些宏觀性質(zhì)(熱力學(xué)能、焓、熵、亥姆霍茨函數(shù)、吉布斯函數(shù)等)。是從宏觀到宏觀的方法。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué):從組成系統(tǒng)的微觀粒子的性質(zhì)(如質(zhì)量、大小、振動頻率、轉(zhuǎn)動慣量等)出發(fā)，通過求統(tǒng)計(jì)概率的方法，定義出系統(tǒng)的正則配分函數(shù)或粒子的配分函數(shù)，并把它作為一個(gè)橋梁與系統(tǒng)的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)聯(lián)系起來。從體系的具體結(jié)構(gòu)去計(jì)算熱力學(xué)函數(shù)。統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)方法是從微觀到宏觀的方法，它補(bǔ)充了經(jīng)典熱力學(xué)方法的不足，填平了宏觀和微觀之間難以逾越的鴻溝。1.1.6.熱力學(xué)方法-StatisticalThermo1.2材料熱力學(xué)和材料科學(xué)

材料熱力學(xué)：Fromthe〝energy〞pointofviewtodiscusstheequilibriumofmatter。熱力學(xué)定律在材料問題中的應(yīng)用，用來研究材料中相的穩(wěn)定性、相變的方向以及計(jì)算相變的驅(qū)動能量等。1.2.1材料科學(xué)與工程1.2.2材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系1.2.3材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展1.2.4材料熱力學(xué)的研究目的和研究對象1.2.5材料熱力學(xué)研究的重要性1.2材料熱力學(xué)和材料科學(xué)

材料熱力學(xué)：Fromthe〝1.2.1材料科學(xué)與工程(MSE)四要素

材料科學(xué)與工程：研究各種材料的組成、結(jié)構(gòu)、制備加工工藝、材料性能和使用效能以及他們之間的關(guān)系之間的科學(xué)。1.2.1材料科學(xué)與工程(MSE)四要素

材料科學(xué)與工程：1.2.1材料科學(xué)與工程(MSE)

現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的主要特怔之一：對材料的微觀層次的認(rèn)識在不斷進(jìn)步。1.2.1材料科學(xué)與工程(MSE)

現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展的主要材料熱力學(xué)與動力學(xué)1課件材料科學(xué)和材料熱力學(xué)

一種誤解：

只有在微觀尺度上對材料的直接分析才是深刻把握材料組織結(jié)構(gòu)形成規(guī)律的最主要內(nèi)容和最主要途徑；對焓、熵、自由能、活度等抽象的概念不再需要更多地加以注意。熱力學(xué)的主要長處正在于它的抽象性和演繹性；現(xiàn)代材料科學(xué)的每一次進(jìn)步和發(fā)展都一直受到經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)的支撐和幫助。材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展正是材料科學(xué)走向成熟的標(biāo)志之一材料科學(xué)和材料熱力學(xué)材料科學(xué)的進(jìn)步拉動材料熱力學(xué)的發(fā)展；材料熱力學(xué)的發(fā)展又在為材料科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展準(zhǔn)備基礎(chǔ)和條件。材料科學(xué)和材料熱力學(xué)

一種誤解：材料熱力學(xué)與動力學(xué)1課件1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

1876年GibbS相律的出現(xiàn):經(jīng)典熱力學(xué)的一個(gè)重要的里程碑。剛剛開始不久的材料組織的研究．便有了最基本的理論指導(dǎo)。1899年H.Roozeboom把相律應(yīng)用到了多組元系統(tǒng)．把理解物質(zhì)內(nèi)可能存在的各種相及其平衡關(guān)系提升到了理性階段。1900年，Roberts-Austen通過實(shí)驗(yàn)構(gòu)建了Fe-Fe3C相圖的最初的合理形式，使鋼鐵材料的研究一開始就有理論支撐。20世紀(jì)初G.Tamman等通過實(shí)驗(yàn)建立了大量金屬系相圖．有力地推動了合金材料的開發(fā)，被認(rèn)為是那個(gè)時(shí)代材料研究的主流基礎(chǔ)性工作。稍后出現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)性溶體理論和20世紀(jì)30年代W.L.Brragg和E.J.Williams利用統(tǒng)計(jì)方法建立的自由能理論，使熱力學(xué)的分析研究有可能與對材料結(jié)構(gòu)的有序性等微觀認(rèn)識結(jié)合起來；意義十分巨大。1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

1876年GibbS相律1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

50年代初R.Kikuchi提出了關(guān)于熵描述的現(xiàn)代統(tǒng)計(jì)理論，實(shí)際上己經(jīng)逐漸在探索把熱力學(xué)與第一原理（FirstPrinciple）計(jì)算結(jié)合起來的可能性。

60年代初M.Hillert等關(guān)于非平衡系統(tǒng)熱力學(xué)的研究，導(dǎo)致了失穩(wěn)分解（Spinodal分解）研究領(lǐng)域的出現(xiàn)，極大地豐富了材料組織形成規(guī)律的認(rèn)識。20世紀(jì)70年代由L.Kaufman、M.Hillert等倡導(dǎo)的相圖熱力學(xué)計(jì)算，使金屬、陶瓷材料的相圖特別是多元相圖的研究走進(jìn)了一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期。在熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫支持下相圖計(jì)算的逐漸成熟，形成了一種相平衡研究的CALPHAD模式。其意義更在于這使材料的研究逐漸在結(jié)束嘗試法（Trialanderror）階段，而步入根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行材料設(shè)計(jì)的時(shí)代。1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

50年代初R.Kik1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

材料科學(xué)的開始：1864年Sorby用光學(xué)顯微鏡來研究鋼鐵的組織；材料科學(xué)的成熟：1970年材料設(shè)計(jì)的出現(xiàn)。這一個(gè)世紀(jì)中，材料熱力學(xué)一直都扮演著十分重要的角色。1.2.2材料熱力學(xué)的形成和發(fā)展

材料科學(xué)的開始：1861.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

工程材料的四個(gè)重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。性能：是材料的一種參量，用于表征材料在給定外界條件下的行為，它隨著材料的內(nèi)因和外因而改變。當(dāng)外界條件一定時(shí)，其性能取決于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)：組成材料的粒子種類、數(shù)量以及它們在運(yùn)動中的排列方式。習(xí)慣上我們把前兩者叫做成分，后者叫做組織結(jié)構(gòu)。組織：可以借助于某種儀器直接觀察到的形貌。結(jié)構(gòu)：通過儀器測定后推測得到的原子排列方式。近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)打破了組織與結(jié)構(gòu)的界限。隨著電子顯微技術(shù)的進(jìn)步，日前人們已經(jīng)可以運(yùn)用高分辨電子顯微鏡或場離子顯微鏡直接觀察結(jié)構(gòu)，因此已經(jīng)沒有必要再區(qū)分組織和結(jié)構(gòu)了。1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

工程材料的四1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

工程材料的四個(gè)重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。過程：事物由一種狀態(tài)到達(dá)另一種狀態(tài)需要經(jīng)歷一種或一系列過程。過程的三個(gè)重要問題：方向、途徑、結(jié)果這三個(gè)問題遵循著三條原理：(1)方向——沿著能量降低的方向發(fā)生(2)途徑一沿著阻力最小的途徑進(jìn)行(3)結(jié)果—過程的結(jié)果是適者生存。能量降低、捷足先登、適者生存1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

工程材料的四個(gè)重要的概念和共性問題：性能、結(jié)構(gòu)、過程和能量。能量：表征把物體由一種狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)需要做的功，即所消耗的能。材料中各種結(jié)構(gòu)的形成及各種過程的變化都涉及到能量的變化，能量決定著合金結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

工程材料的四1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

能量：可以從能量的觀點(diǎn)理解材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性一個(gè)小球（原子）由高處滾落而下1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

能量：可以從1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

性能決定于結(jié)構(gòu)，而結(jié)構(gòu)決定于能量和過程材料研究，從形式和目的看，是研究材料的結(jié)構(gòu)和性能，而從根本上講是研究材料的能量和過程，這是材料熱力學(xué)所要解決的問題，也是這門學(xué)科的意義所在。材料熱力學(xué)：從能量的角度研究材料1.2.3材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能與能量的關(guān)系

性能決定于結(jié)改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑

人們通過實(shí)驗(yàn)改變材料的顯微組織（結(jié)構(gòu)）從而改進(jìn)材料的性能。改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑有：?合金化：改變材料成份、晶體結(jié)構(gòu)?加工：改變晶粒尺寸及形狀?熱處理：改變第二相形狀及分布材料科學(xué)家的任務(wù)：獲得滿足某種特種（殊）性能或用途的最佳顯微結(jié)構(gòu)的材料。改變材料顯微結(jié)構(gòu)的途徑

人們通過實(shí)驗(yàn)改變材料的顯微組織（結(jié)構(gòu)材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定

在材料科學(xué)領(lǐng)域中幾乎沒有一種實(shí)用材料的結(jié)構(gòu)在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的。任何一種材料只有一種完全穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，而潛在的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)都是無限的，通常具有最佳性能的材料幾乎總是具有某種不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。具有滿足實(shí)用性能的最佳結(jié)構(gòu)都潛在著不穩(wěn)定性，在高溫下尤其如此，隨著時(shí)間推移，其結(jié)構(gòu)可能而且經(jīng)常轉(zhuǎn)變?yōu)椴淮笮枰男问?。由于材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定，經(jīng)常使材料性能不穩(wěn)定或惡化，從而造成大量材料報(bào)廢，得不到應(yīng)用，喪失應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益。材料顯微結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定

在材料科學(xué)領(lǐng)域中幾乎沒有一種實(shí)用材料的1.2.4材料熱力學(xué)的研究目的和研究對象

材料熱力學(xué)的研究目的：揭示材料中的相和組織的形成規(guī)律。材料熱力學(xué)的主要研究對象：固態(tài)材料的熔化和凝固、固態(tài)相變、相平衡關(guān)系和相平衡成分、材料中顯微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性程度、相變的方向及計(jì)算相變時(shí)的驅(qū)動能量等。材料熱力學(xué)：Fromthe〝energy〞pointofviewtodiscusstheequilibriumofmatter.熱力學(xué)定律在材料問題中的應(yīng)用.1.2.4材料熱力學(xué)的研究目的和研究對象

材料熱力學(xué)的研究1.2.5材料熱力學(xué)研究的重要性

材料熱力學(xué)是材料研究的重要基礎(chǔ)。材料熱力學(xué)現(xiàn)在成了材料科學(xué)中一門主要的基礎(chǔ)課。它與物理系的“熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理”和化學(xué)系的“化學(xué)熱力學(xué)”鼎足而三，是材料科學(xué)中的一門重要基礎(chǔ)課程，如美國麻省理工學(xué)院在60年代立冶金及材料科學(xué)系，以后改名為材料科學(xué)與工程系的教學(xué)計(jì)劃中，材料熱力學(xué)居專業(yè)課的第一門課程。能熟練應(yīng)用材料熱力學(xué)和動力學(xué)理論來分析問題和解決問題，是材料科學(xué)與工程專業(yè)研究人員應(yīng)該具有的能力和素質(zhì)。需要注意的是：這一重要的基礎(chǔ)理論在材料科學(xué)與工程研究中的應(yīng)用卻顯得不足，在鑄造、塑性加工和焊接等材料加工類學(xué)科研究中的應(yīng)用則更少。近年來，將這門重要的基礎(chǔ)理論運(yùn)用到材料科學(xué)和工程的研究中，取得了一定的進(jìn)展。。1.2.5材料熱力學(xué)研究的重要性

材料熱力學(xué)是材料研究的重1.3本課程的主要內(nèi)容

討論經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)在應(yīng)用于分析和解決材料學(xué)問題時(shí)所產(chǎn)生的具體形式或特殊形式、解決和處理問題的方法以及一些重要的結(jié)論。1.3本課程的主要內(nèi)容

討論經(jīng)典熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)在應(yīng)用于課程特點(diǎn)

熱力學(xué)理論較抽象，難以理解?公式推導(dǎo)很多。?與實(shí)際的材料研究問題關(guān)系密切。課程特點(diǎn)

熱力學(xué)理論較抽象，難以理解目標(biāo)

能熟練應(yīng)用材料熱力學(xué)和動力學(xué)理論來分析和解決材料研究、生產(chǎn)活動中遇到的問題。目標(biāo)

能熟練應(yīng)用材料熱力學(xué)和動力學(xué)理論來分析和解決材料第二章熱力學(xué)基礎(chǔ)

熱力學(xué)的有關(guān)基本概念和基本定律是材料熱力學(xué)的基礎(chǔ)熱力學(xué)3個(gè)（或稱4個(gè)）基本定律是經(jīng)典熱力學(xué)的核心和精髓。2.1熱力學(xué)基本概念2.2熱力學(xué)第零定律（熱平衡和溫度）2.3熱力學(xué)第一定律（能量關(guān)系)2.4熱力學(xué)第二定律（過程方向）2.5熱力學(xué)第三定律（熵值計(jì)算）第二章熱力學(xué)基礎(chǔ)

熱力學(xué)的有關(guān)基本概念和基本定律是材料熱力學(xué)2.1熱力學(xué)基本概念(Basicconcepts)

1.體系(system)和環(huán)境(surroundings)2.系統(tǒng)的狀態(tài)(State)和狀態(tài)函數(shù)(StateFunction)3.系統(tǒng)的過程與途徑4.體系的性質(zhì)5.熱力學(xué)平衡態(tài)2.1熱力學(xué)基本概念(Basicconcepts)

1.2.1熱力學(xué)基本概念

1.體系(system)和環(huán)境(surroundings):體系(system)：研究的對象(是大量分子、原子、離子等物質(zhì)微粒組成的宏觀集合體)。人為地將所研究的一定范圍的物體或空間與其余部分分開，作為我們研究的對象。環(huán)境(surroundings)：體系的周圍部分2.1熱力學(xué)基本概念

1.體系(system)和環(huán)境(s2.1熱力學(xué)基本概念

2.系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)2.1熱力學(xué)基本概念狀態(tài)：體系有一定的外在的宏觀表現(xiàn)形式，這每一個(gè)外在表現(xiàn)形式稱作體系的一個(gè)狀態(tài)。狀態(tài)是體系所具有的宏觀性質(zhì)。狀態(tài)與性質(zhì)單值對應(yīng)，因此:系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)也稱為系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)。當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化時(shí)，狀態(tài)函數(shù)的改變量只決定于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，而與變化的過程或途徑無關(guān)。2.1熱力學(xué)基本概念

2.系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)2.1熱力學(xué)基本概念

3．系統(tǒng)的過程與途徑過程：系統(tǒng)由始態(tài)變化到終態(tài)的過渡。途徑：完成過程的具體步驟。系統(tǒng)由始態(tài)變化到終態(tài)所經(jīng)歷的過程的總和。系統(tǒng)的變化過程分為:?p、V、T變化過程,?相變化過程,?化學(xué)變化過程等。2.1熱力學(xué)基本概念

3．系統(tǒng)的過程與途徑2.1熱力學(xué)基本概念

4.體系的性質(zhì):強(qiáng)度性質(zhì)(intensiveproperties)：與體系中所含物質(zhì)的量無關(guān)，無加和性(如p,T等)；

廣度(容量)性質(zhì)(extensiveproperties)：與體系中所含物質(zhì)的量有關(guān)，有加和性(如V,U,H……等)2.1熱力學(xué)基本概念

4.體系的性質(zhì):2.1熱力學(xué)基本概念

5.熱力學(xué)平衡態(tài)系統(tǒng)在一定環(huán)境條件下，經(jīng)足夠長的時(shí)間，其各部分可觀測到的宏觀性質(zhì)都不隨時(shí)間而變，此時(shí)系統(tǒng)所處的狀態(tài)叫熱力學(xué)平衡態(tài)。熱力學(xué)系統(tǒng)，必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)方面的平衡，才能建立熱力學(xué)平衡態(tài)：(i)熱平衡—系統(tǒng)各部分的溫度T相等；若系統(tǒng)不是絕熱的，則系統(tǒng)與環(huán)境的溫度也要相等。(ii)力平衡—系統(tǒng)各部分的壓力p相等；系統(tǒng)與環(huán)境的邊界不發(fā)生相對位移。(iii)質(zhì)平衡—體系和環(huán)境所含有的質(zhì)量不隨時(shí)間而變。(iv)化學(xué)平衡—若系統(tǒng)各物質(zhì)間可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則達(dá)到平衡后，系統(tǒng)的組成不隨時(shí)間改變。2.1熱力學(xué)基本概念

5.熱力學(xué)平衡態(tài)2.2熱力學(xué)第