熱力學統(tǒng)計物理課件：第一章熱力學的基本規(guī)律

1、第一章 熱力學的基本規(guī)律,1.1 熱力學系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述,1.系統(tǒng),孤立系,閉系,開系,（極限概念）,熱力學系統(tǒng)的狀態(tài),平衡態(tài),非平衡態(tài),熱力學平衡態(tài)：,（1）定義：,一個孤立系統(tǒng)，不論其初態(tài)如何復雜，經(jīng)過足夠長的時間后，將會到達這樣的狀態(tài)，系統(tǒng)的各種宏觀性質在長時間內不發(fā)生任何變化，這樣的狀態(tài)稱為熱力學平衡態(tài)。,（2）注意點：,弛豫時間,動態(tài)平衡（熱動平衡）,不考慮漲落,不限于孤立系統(tǒng),（3）描述平衡態(tài)的宏觀參量：,P、V 等,1.2 熱平衡定律和溫度,熱平衡定律（熱力學第零定律）：,如果兩個物體各自與第三個物體達到熱平衡，它們彼此也必處在熱平衡。,A=C ， B=C 則 A=B,（熱

2、平衡即溫度相等）,TA=TC ， TB=TC 則 TA=TB,溫度T:,物體冷熱程度的量度,溫度的測量：,理想氣體溫標、水銀溫度計等,1.3 物態(tài)方程,簡單系統(tǒng)：,定義：,體脹系數(shù),壓強系數(shù),等溫壓縮系數(shù),數(shù)學上有：,兩類問題：,解：,或,證明：,兩邊積分：,證明完畢,解：,作業(yè)：p48 1.5 1.6,解：,要求體積維持不變，即：,兩邊積分：,解：,1.4 功,準靜態(tài)過程：,是一個理想的極限概念，不考慮摩擦。,外界對系統(tǒng)所作的功:,（1）外界對盛在容器中的氣體或液體所作的功 （討論準靜態(tài)過程）,活塞橫截面積,有限過程：,等容過程：,等壓過程：,等溫理想氣體：,（2）外界克服表面張力對液體表面

3、薄膜所作的功,設有液體表面薄膜張在線框上,線框的一邊可以移動,其長度為l,以表示單位長度的表面張力.,表面張力有使液面收縮的趨勢,當將可移動的邊外移一個距離dx時,外界克服表面張力所作的功為:,在準靜態(tài)過程中液膜面積改變dA時外界所作的功.,解：,氣體對外界所作的功,等溫過程：,或由等溫過程有：,1.5 熱力學第一定律,能量守恒定律：自然界一切物質都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉化為另一種形式，從一個物體傳遞到另一個物體，在傳遞與轉化中能量的數(shù)量不變。,另一種表述：第一類永動機是不可能造成的。,1.6 熱容量和焓,熱容量:,比熱容:,摩爾熱容量:,定容熱容量:,定壓熱容量:,

4、引入狀態(tài)函數(shù) 焓：,全微分：,有限過程：,等壓過程：,1.7 理想氣體的內能,一般氣體：,理想氣體：,引入比熱容比：,作業(yè)：p49 1.10 1.12,1.8 理想氣體的絕熱過程,絕熱過程：,熱力學第一定律：,理想氣體：,積分：,絕熱方程：,1.9 理想氣體的卡諾循環(huán),態(tài)態(tài)：等溫膨脹過程,態(tài) 態(tài)：等溫壓縮過程,態(tài) 態(tài)與態(tài) 態(tài)是絕熱過程,氣體對外界所作的凈功：,熱機效率定義：,1.10 熱力學第二定律,克勞修斯（克氏）表述：,不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化,卡爾文（開氏）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 其他變化,開氏說法可表述為：第二類永動機是不可能

5、造成的,（第二類永動機：效率為1的熱機）,1.11 卡諾定理,所有工作于兩個一定溫度之間的熱機， 以可逆機的效率為最高,1.12 熱力學溫標（自學）,1.13 克勞修斯等式與不等式,根據(jù)卡諾定理，一般熱機效率小于或等于卡諾熱機,一般熱機效率：,卡諾熱機效率：,1.14 熵和熱力學基本方程,引入態(tài)函數(shù)熵：,熱力學基本微分方程,1.16 熱力學第二定律的數(shù)學表述,第二定律的數(shù)學表述,熵增加原理的數(shù)學表述,熵增加原理：經(jīng)絕熱過程后，系統(tǒng)的熵永不減少，經(jīng)可逆絕熱過程后熵不變，經(jīng)不可逆絕熱過程后熵增加，在絕熱 條件下熵減少的過程是不可能實現(xiàn)的。,1.15 理想氣體的熵,設想一個可逆過程積分：,設想一個可逆過程積分：,該過程實際不可逆，假設存在一個可逆的理想過程,整個桿的熵增為：,1.18 自由能和吉布斯函數(shù),熱力學第二定律的數(shù)學表述：,等溫過程