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1、第二章均匀物质的热力学性质§2.1内能、焓、自由能、吉布斯函数及其全微分一.自由能1.对于等温条件，引入新的热力学函数态函数自由能有12.最大功原理：系统自由能的减少是在等温过程中从系统所能获得的最大功。3.等温等容过程中，系统的自由能永不增加。（若系统只有体积变化功）（不可逆过程的方向）4.对于复相系和非平衡态下的F2二.吉布斯函数1.对于等温等压条件，引入新的热力学函数吉布斯函数对于体积变化功，有2.对于复相系和非平衡态下的G3三.状态函数的全微分：（特性函数，自然变量）4四.麦克斯韦关系式5§2.2麦式关系的简单运用一.选
2、T,V为参量定容热容量：温度不变时内能随体积的变化率与物态方程的关系：例一.理想气体pV=RT，6例二.对于范氏气体有：7二.选T,p为独立变量定压热容量：温度不变时焓随压强的变化率与物态方程的关系：8三.求对于理想气体，9四.运用雅可比行列式进行导数变换10例：证明证明：11§2.3节流过程与绝热膨胀过程一、节流过程节流阀=管子中间的多孔塞p1>p2,气体透过节流阀达到平衡2.焦耳－汤姆逊效应：节流过程前后，气体温度发生变化。3.理论分析初步124.等焓线若以T、p为自变量，H(T,p)=H0（常数）有：T=T(p)利用等焓线
3、可以确定节流过程温度的升降.μ>0μ<0pTH1135.焦汤系数与反转曲线对于理想气体，因为故H不变，T不变对于实际气体，等焓线存在着极大值定义等焓线的斜率为焦汤系数.由等焓线最大值连成的曲线称为反转曲线，反转曲线将p-V图分为致冷区与致热区。等焓线与反转曲线的交点对应的温度称为转换温度；反转曲线与T轴交点称为最高转换温度。气体最高转换温度（K）压强为1个标准大气压时的沸点氧气89390.2氮气62577.3氢气20220.4氦气344.2146.焦汤系数的理论分析15现在来判断反转曲线、致冷（热）区：即为转换曲线方程。16二.
4、准静态绝热膨胀取p,T为状态变量，熵S=S(p,T),即f(S,p,T)=0从上式可知，绝热膨胀过程气体降温，且无需预冷。17§2.4基本热力学函数的确定一.选T,V为参变量，则物态方程为：p=p(T,V)1.内能的表达式2.熵的表达式183.已知，求.19二.若选T,p为状态参量，则V=V(T,p)20例以T,V为参量，求1mol理想气体的内能、熵和吉布斯函数。解：21摩尔吉布斯函数为:g=u+pv-Ts22麦克斯韦关系式的记忆：SpTVUHGF23§2.5特性函数一.特性函数马休于1869年证明：在独立变量的适当的选择下，只
5、要知道系统一个热力学函数，对它求偏导就可求得所有的热力学函数，从而完全确定系统的热力学性质。二.独立变量的选择例：对于内能U=U(S,V)有与有：将S,V代入U=U(S,V)，得U(T,p)由勒让德变换得到的其他热力学函数，相应的自变量即适当的选择.24*一般地，自变量为x,y,z,……的函数L(x,y,z,…)的全微分其中均为x,y,z,…的函数若以R代替x，即选R,y,z,…为自变量，则通过勒让德变换：两边求微分：若同时以R,Q,W,…代替x,y,z….则勒让德函数25对于参量：S,T,p,V,自变量的取法为（S,V),(S
6、,-p),(T,V),(T,-p)已知：U=U(S,V)=TdS-pdV,若选S,p为自变量，则以–p代替V所以，当选(S,-p),(T,V),(T,-p)为自变量时，相应的特性函数为焓H、自由能F、吉布斯函数G。问：F(T,p)是不是特性函数？三.吉布斯－亥姆霍兹方程26例：求表面系统的热力学函数表面系统指液体与其它相的交界面。表面系统的状态参量：表面系统的实验关系：分析：对于流体有f(p,V,T)=0,对应于表面系统：，选A、T为自变量，有特性函数F(T,V)27§2.6平衡辐射的热力学一.热辐射：受热物体辐射电磁波。二.空
7、腔平衡辐射(绝热）:仅与T有关U=u(T)内能U=辐射能量密度u(T)状态参量：p、V、T，状态方程：[电动力学理论:辐射压强p与辐射能量密度u(T)]三.求解其它热力学函数1.求u(T)282.求S293.求G4.热力学量与辐射量的联系b.定义：辐射通量密度（Ju)——单位时间内通过单位面积向一侧辐射的总辐射能量。单位时间内通过dA向一侧辐射的能量为cudA（与法向平行的平面电磁波）dAa.绝对黑体与黑体辐射30将代入，得：（斯特藩—玻耳兹曼定律）辐射在空间均匀分布时，内的辐射能量密度31§2.7磁介质的热力学一.磁化功的Td
8、S方程与能量方程1.TdS方程磁场做功：激发磁场的功磁化功32当热力学系统界定为介质时：忽略体积变化功时：将中得33a.若以T,V为自变量（第一TdS方程）b.若以T,p为自变量（第二TdS方程）2.能量方程34例一：求单位磁介质的吉布斯函数。35由公式：例二：
