2022-2023學年高二物理競賽課件：熱學基礎概念

熱學基礎概念引言

目前為止，我們只討論粒子數不變的系統，即孤立系或封閉系。但自然界很多現象的發(fā)生都伴隨著粒子數的變化，即系統是開放的。如在水和其蒸氣共存的系統中，水及其蒸氣都是開放系。即使在氣體情形，如果我們在它內部劃出一個固定體積的空間作為研究系統，它也是開放的。本章將討論不同相之間交換粒子數達到平衡的條件和各種性質。作為討論基礎，首先由平衡判據出發(fā)討論開系平衡條件和平衡穩(wěn)定性條件；然后從均勻閉系的熱力學基本方程推廣出開系熱力學基本方程；然后討論單元復相系的平衡條件和平衡性質;作為它們的應用，將主要討論液氣兩相的相平衡。熱動平衡判據一、熵判據1.熵判據:根據熵函數的性質來判定孤立系達到熱動平衡的條件2.約束條件:

dU=0,dV=0.3.虛變動:假想的滿足約束條件的可能的變動,未必能實現.4.熵判據的表述:本節(jié)要求:①理解熵判據,自由能判據和吉布斯判據;②理解均勻系統的熱動平衡及其穩(wěn)定性條件孤立系統處在穩(wěn)定平衡狀態(tài)的必要和充分條件是:將S作泰勒展開:熵函數有極值熵函數取極大值平衡的穩(wěn)定性條件平衡的必要條件二、自由能判據1.約束條件：dT=0,dV=0.2.自由能判據的表述：等溫等容過程中，系統的自由能永不增加等溫等容系統處在穩(wěn)定平衡狀態(tài)的必要和充分條件是:將F作泰勒展開:平衡的必要條件平衡的穩(wěn)定性條件1.約束條件：dT=0,dp=0.2.吉布斯判據表述三、吉布斯判據等溫等壓過程中，系統的吉布斯函數永不增加等溫等壓系統處在穩(wěn)定平衡狀態(tài)的必要和充分條件是:將G作泰勒展開:平衡的必要條件平衡的穩(wěn)定性條件四、均勻系統的熱動平衡及其穩(wěn)定性條件1.平衡條件設系統中某一子系統（T,p）發(fā)生一虛變動:導致媒質（環(huán)境）發(fā)生變動:T,p由于整個系統是孤立系統因而：虛變動將引起熵的變化:系統的平衡條件2.穩(wěn)定性條件以T,V為自變量,有:平衡的穩(wěn)定性條件開放系：物質的量發(fā)生改變。一.吉布斯函數在開放系中的定義：摩爾數改變引起的吉布斯函數的改變。其中：化學勢①掌握化學勢的概念；

②理解開系的熱力學基本方程.

二.開系中內能三.開系中的焓四.開系中的自由能五.巨熱力學勢其中：一.單元復相系的平衡條件對于孤立系統:設一虛變動:二.非平衡時的變化方向1.熱平衡滿足時，力學平衡未滿足，則:2.若熱平衡滿足，相平衡未滿足，則:平衡穩(wěn)定性條件單元三相系壓強大的部分膨脹，壓強小的部分收縮.物質從高化學勢部分移至低化學勢部分.化學勢差促使粒子流動。一.單元系的相圖以T為橫軸、p為縱軸構成的描述復相平衡特征的圖叫相圖。三個相區(qū)：一相單獨存在，溫度和壓強可獨立變化。兩相平衡曲線：兩相平衡共存，溫度和壓強只有一個獨立。三相點：三相平衡共存，溫度和壓強完全確定。臨界點：汽化線終點，溫度高于此點，無液相。由于臨界點的存在，從兩相中任意一相的某一個狀態(tài)出發(fā)，可以經繞過臨界