No.05-熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理20070917

熱力學(xué)·統(tǒng)計(jì)物理Thermodynamics&StatisticalPhysics河北師范大學(xué)物理學(xué)院XJLiuLab.OfOrganicSolidstatetheory,CollegeofPhysics,HebeiNormalUniversity熱力學(xué)·統(tǒng)計(jì)物理No.05課程回顧第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律

§1.1熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述

§1.2熱平衡定律和溫度

§1.3物態(tài)方程

§1.4功

§1.5熱力學(xué)第一定律

§1.6熱容量和焓

§1.7理想氣體的內(nèi)能

§1.8理想氣體的絕熱過(guò)程

§1.9理想氣體的卡諾循環(huán)

§1.10熱力學(xué)第二定律§1.11卡諾定律新課內(nèi)容§1.12熱力學(xué)溫標(biāo)§1.13克勞修斯等式和不等式§1.14熵和熱力學(xué)基本方程§1.15理想氣體的熵§1.16熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述§1.17熵增加原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用§1.18自由能和吉布斯函數(shù)§1.10熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述開(kāi)爾文表述定律的兩種表述:實(shí)質(zhì):指出一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實(shí)際過(guò)程都有其自發(fā)的進(jìn)行方向，是不可逆的。一個(gè)過(guò)程是否可逆實(shí)際上是由初態(tài)和終態(tài)的相互關(guān)系決定?！?.11卡諾定理所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的熱機(jī)，以可逆機(jī)的效率為最高。所有工作于兩個(gè)一定溫度之間的可逆熱機(jī)效率相等.課程回顧§1.12熱力學(xué)溫標(biāo)不依賴(lài)任何測(cè)溫物質(zhì)水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K可逆卡諾熱機(jī)的效率§1.13克勞修斯等式和不等式=:可逆<:不可逆從熱源吸收的熱量課程回顧§1.10熱力學(xué)第二定律（開(kāi)爾文表述）§1.13克勞修斯等式和不等式§1.11卡諾定律§1.12熱力學(xué)溫標(biāo)§1.14熵和熱力學(xué)基本方程§1.16熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述課程回顧可逆過(guò)程不可逆過(guò)程§1.14熵和熱力學(xué)基本方程可逆R’ABRR,R’可逆初態(tài)A

和終態(tài)B

給定后與可逆過(guò)程的路徑無(wú)關(guān)RR’為兩任意可逆過(guò)程初態(tài)A

和終態(tài)B

給定與可逆過(guò)程的路徑無(wú)關(guān)克勞修斯根據(jù)這個(gè)性質(zhì)引進(jìn)了一個(gè)態(tài)函數(shù):entropy一、2.熵是系統(tǒng)態(tài)函數(shù)。態(tài)確定，熵定。宏觀角度理解熵：1.上式給出的是熵差;積分路徑為任意可逆的過(guò)程3.熵是廣延量，具有可加性。4.熵變的微分形式積分因子←核心地位5.吸熱與熵變關(guān)系：可逆過(guò)程吸熱直接與系統(tǒng)熵變聯(lián)系，顯示熵在能量轉(zhuǎn)化中作用。entropy

熵二、

熱力學(xué)基本方程推導(dǎo)來(lái)自可逆過(guò)程，但與過(guò)程無(wú)關(guān)(1.14.5)(1.14.6)外界對(duì)系統(tǒng)做的功一般形式：說(shuō)明：綜合熱一、二定律，給出了相鄰兩平衡態(tài)狀態(tài)變量USV增量關(guān)系§1.15理想氣體的熵1mol理氣消去P若溫度范圍變化不大nmol理氣(1.15.1)根據(jù)熵的廣延性若溫度范圍變化不大nmol理氣(1.15.1)消去V理想氣體的熵的兩種表達(dá)式求得一個(gè)系統(tǒng)熵函數(shù)表達(dá)式后，只要將初終態(tài)的狀態(tài)變量代入相減，便可求得過(guò)程前后熵變。（不論是否可逆）[例]一理想氣體，經(jīng)準(zhǔn)靜態(tài)等溫過(guò)程，體積由VA變?yōu)閂B。求過(guò)程前后氣體熵變。解：初態(tài)（T,VA）的熵終態(tài)（T,VB）的熵熵變討論：氣體從熱源吸熱氣體放熱給熱源§1.16熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述熵克勞修斯等式和不等式{克勞修斯表述:

不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其它變化。開(kāi)爾文表述:

不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用的功而不引起其它的變化。數(shù)學(xué)表述1.數(shù)學(xué)表述AB微過(guò)程等號(hào)對(duì)應(yīng)可逆過(guò)程，Ｔ為熱源溫度熱源溫度系統(tǒng)溫度2.熵增加原理絕熱過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程由初態(tài)變到終態(tài)，它的熵永不減少。1.數(shù)學(xué)表述熵在可逆絕熱過(guò)程中不變，在不可逆絕熱過(guò)程后增加。給出熱二律對(duì)過(guò)程限制系統(tǒng)可能變化3.初終態(tài)為非平衡態(tài)，熵增原理仍然正確系統(tǒng)熵為各部分熵之和。把系統(tǒng)分為許多小部分，每部分可視為局域平衡態(tài)；（廣延性）絕熱過(guò)程1).孤立系統(tǒng)的熵永不減少，孤立系統(tǒng)所發(fā)生的不可逆過(guò)程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。4.熵增加原理的應(yīng)用3).克勞修斯的宇宙“熱寂論”玻耳茲曼的批判：“漲落”的觀點(diǎn)；恩格斯的批判：“各種運(yùn)動(dòng)形態(tài)相互轉(zhuǎn)化的可能性是永不消滅的”*引力主導(dǎo)的膨脹宇宙絕熱過(guò)程孤立系統(tǒng)2).統(tǒng)計(jì)意義：孤立系統(tǒng)發(fā)生的不可逆過(guò)程總是朝著混亂度增加方向進(jìn)行。1).孤立系統(tǒng)的熵永不減少，孤立系統(tǒng)所發(fā)生的不可逆過(guò)程總是朝著熵增加的方向進(jìn)行的。4.熵增加原理的應(yīng)用§1.18自由能和吉布斯函數(shù)討論特殊物理?xiàng)l件下熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行的方向熵增加原理絕熱過(guò)程等溫過(guò)程等溫等壓過(guò)程判斷絕熱過(guò)程進(jìn)行方向定義----自由能(“態(tài)函數(shù)”)1.等溫過(guò)程等溫過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外所做的功-W不大于其自由能的減少。系統(tǒng)在過(guò)程中與恒溫?zé)嵩碩接觸，由初態(tài)A到終態(tài)B自由能的減少是等溫過(guò)程系統(tǒng)所能獲得的最大功。等溫過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外做功上限假如只有體積變化功，那么：等溫等容過(guò)程中，系統(tǒng)的自由能永不增加。等溫過(guò)程中，系統(tǒng)對(duì)外所做的功-W不大于其自由能的減少。等溫等容條件下，系統(tǒng)中發(fā)生的不可逆過(guò)程總是朝著自由能減少的方向進(jìn)行。1.F是態(tài)函數(shù)。等溫過(guò)程引入F,不依賴(lài)等溫過(guò)程。2.F是廣延量，具有可加性。（溫度均勻）3.等溫過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外做功滿(mǎn)足：4.在沒(méi)有其它形式功的情況下，等溫等容過(guò)程有：提供判斷不可逆等溫等容過(guò)程方向準(zhǔn)則，向著自由能減小方向自由能函數(shù)性質(zhì)小結(jié)：2.等溫等壓條件下體積變化功其它功定義狀態(tài)函數(shù)----吉布斯函數(shù)若W1=0等溫等壓過(guò)程后，吉布斯函數(shù)永不增加。等溫等壓下不可逆過(guò)程總朝著吉布斯函數(shù)減小方向進(jìn)行。（T,p）1.G是態(tài)函數(shù)。2.G

是廣延量，具有可加性。（溫度、壓強(qiáng)均勻）3.等溫等壓過(guò)程：提供判斷不可逆等溫等壓過(guò)程方向準(zhǔn)則，即向著吉布斯函數(shù)減小方向吉布斯函數(shù)性質(zhì)小結(jié)：熵增加原理絕熱過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程由初態(tài)變到終態(tài)熵永不減少。等溫等容過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)等溫等容過(guò)程自由能永不增加。等溫等壓過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)等溫等壓過(guò)程吉布斯函數(shù)永不增加?！?.17熵增加原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用(閱讀)將質(zhì)量相同而溫度分別為T(mén)1和T2的兩杯水等壓絕熱地混合，求熵變[例2][例1]熱量Q從高溫?zé)嵩碩1傳到低溫?zé)嵩碩2，求熵變一、可逆過(guò)程熵的計(jì)算1.可逆絕熱過(guò)程（等熵過(guò)程）2.可逆等溫過(guò)程（相變過(guò)程）相變過(guò)程是等溫等壓過(guò)程3.可逆等容過(guò)程4.可逆等壓過(guò)程二、不可逆過(guò)程熵的計(jì)算因?yàn)殪厥菓B(tài)函數(shù)，與過(guò)程無(wú)關(guān)可找一個(gè)A→B態(tài)的可逆過(guò)程此可逆過(guò)程=不可逆過(guò)程熵變Homework作業(yè)1.14;1.21;1.22課程資料

1輔導(dǎo)

時(shí)間：周四16:00-18:00

地點(diǎn):2號(hào)樓C411

Thermodynamics&StatisticalPhysics謝謝大家！

2011年9月14日§1.14熵和熱力學(xué)基本方程可逆課程回顧←核心地位求得一個(gè)系統(tǒng)熵函數(shù)表達(dá)式后，只要將初終態(tài)的狀態(tài)變量代入相減，便可求得過(guò)程前后熵變。（不論是否可逆）§1.15理想氣體的熵課程回顧§1.16熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表述課程回顧絕熱過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程由初態(tài)變到終態(tài)，它的熵永不減少。絕熱過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)絕熱過(guò)程由初態(tài)變到終態(tài)熵永不減少。等溫等容過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)等溫等容過(guò)程自由能永不增加。等溫等壓過(guò)程系統(tǒng)經(jīng)等溫等壓過(guò)程吉布斯函數(shù)永不增加?！?.18自由能和吉布斯函數(shù)課程回顧熱零律溫度熱一律內(nèi)能熱二律熵三個(gè)基本熱力學(xué)函數(shù)H=U+PV焓自由能吉布斯輔助熱力學(xué)