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1、同同学学们们好好!!GL.热力学统计物理-绪论1GL.热力学统计物理-绪论《热力学统计物理》绪论一.热力学统计物理研究对象、研究任务•研究对象为热力学系统热力学系统通常是指由大数量(N1023)无序运动、频繁碰撞的微粒子组成的有限大的宏观系统•研究任务:热力学与统计物理学从不同角度研究热力学系统的热运动规律、热运动对物质系统的其他宏观性质的影响(其他性质如:材料的弹性、电磁性质等等)二.研究方法1.热力学方法—唯象的宏观理论方法(唯象:从现象,从实验观测出发)•热力学方法:对大量与热有关的现象进行观测、实验研究,总结出热力学基本定律(第0,1,2
2、,3定律),其具有高度可靠性和普适性GL.热力学统计物理-绪论2GL.热力学统计物理-绪论•热力学不涉及宏观系统的微观结构与运动,不涉及至分子、原子等微观粒子过程,故热力学不可能导出物质系统的特性2.统计物理学方法—微观理论方法•从宏观系统的微观粒子及其结构与运动出发,建立一系列简化假设的具象模型、数理模型,导出系统微观量的统计平均结果,进而得到对于系统的宏观描述•统计物理学可将热力学三定律归结为一个统计原理,给出其统计意义•统计物理学可解释涨落现象,可导出系统的具体特性,可阐明其微观机制•由于统计物理学的简化假设之处理,必然导致描述的偏差性GL.热
3、力学统计物理-绪论3GL.热力学统计物理-绪论三.宏观系统的热力学状态、过程及其描述1.平衡态在无外界影响的条件下,系统的各种宏观性质(如温度、压强、密度等等)可长时间保持不变的状态——平衡态•外界影响——外界对系统作功、传热、传递物质粒子•平衡态——是宏观热动平衡态,即不随时间而变的稳态•对处于平衡态的系统进行热力学研究,可不计涨落效应2.描述平衡态可采用热力学(物态)参量、热力学函数(如:p,V,T;U,S,H,)描述(1)热力学参量的选取、分类参量的选取以合理、够用(足以完全确定系统的状态)、易于实验观测为原则GL.热力学统计物理-绪论4G
4、L.热力学统计物理-绪论•几何参量(如:V,)•力学参量(如:p,)五类物态参量•化学参量(如:m,Mmol,)•电磁参量(如:E,;HM,)e•热学参量(如:T,)(2)热力学函数热力学函数(也称为状态函数)是热力学参量的函数,为态函数(态函数的过程增量与过程无关)3.描述非平衡态•将系统划分为若干宏观极小、微观而言含大量微粒子的小子系统•小子系统之间仅只通过彼此的界面附近的粒子发生相互作用(这些互作用的粒子相比子系统内的粒子数目而言是甚小量)GL.热力学统计物理-绪论5GL.热力学统计物理-绪论•各小子系的弛豫时间相比整个宏观
5、系统的弛豫时间短得多,则可对小子系统以平衡态处理之弛豫时间:系统由初态(往往是非平衡态),达到平衡态的时间如:气相系统达到其压强匀恒的平衡态的弛豫时间10-16(s)系统达到其密度均匀平衡态的弛豫时间:气相系统100(min);固相系统约:数小时、数周或更长时间4.(热力学)过程•系统的状态发生持续的变化(即称:系统在热运动)则曰:系统在历经热力学过程(简称过程)•有:准静态过程;可逆过程、不可逆过程;等值过程;GL.热力学统计物理-绪论6GL.热力学统计物理-绪论四.热力学系统的划分基于不同的角度、目的,对系统有不同形式的划分1.简单系统只
6、需要两个独立物态参量即可确定系统的平衡态,此类系统称为“简单系统”.否则为“复杂系统”例如:系统不涉及电磁过程、不发生相变及化学反应、不涉及高能过程,则此系统平衡态可由物态方程f(p,V,T)=0完全确定描述,此系统必为简单系(本课程所曰的简单系,即指此种系统)2.均匀系统(也称单相系)各部分的性质完全相同的系统——均匀系统(也称单相系)曰:一个均匀的部分即为一个相GL.热力学统计物理-绪论7GL.热力学统计物理-绪论3.复相系系统各部分的性质不尽完全相同,但是系统可以划分成若干个均匀的子系统,此类系统——复相系4.单元系、多元系•单元系:仅只含有一
7、种化学组分的系统•多元系:含有两种及两种以上化学组分的系统再如:•孤立系:与外界无任何相互作用的系统•绝热系:与外界无热传递的系统•(封)闭系:与外界无粒子传递的系统•开(放)系:与外界有粒子及能量传递的系统•GL.热力学统计物理-绪论8GL.热力学统计物理-绪论五.物态方程1.物态方程表征温度与其他物态参量的函数关系的方程——物态方程•简单系平衡态的物态方程,可写为f(p,V,T)=0通常写为形式p=p(V,T);或为T=T(p,V);或为V=V(p,T)•物态方程由实验获得;也可由统计物理导出•物态方程是热力学统计物理学基本的、重要的方程;
8、是寻求的重要目标之一;描述系统的平衡态、准静态过程等等都需要物态方程,物态方程具
