材料热力学与动力学1导论

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1、材料热力学与动力学主要教材(PrimaryTextbook)：郝士明，材料热力学，化学工业出版社，2004徐瑞，材料热力学与动力学，哈尔滨工业大学出版社第一章导言1.1热力学、动力学1.2材料热力学和材料科学1.3课程主要内容1.1热力学、动力学1.热力学(Thermodynamics)2.动力学(Kinetics)3.热力学发展史4.热力学分类6.热力学方法5.热力学的普适性1.1.1TheDefinitionofThermodynamicsThermodynamics:Theword“the

2、rmodynamics”comesfromthetwoGreekwords,“thermos”,meaningheat,and“dynamics”meaningpower.Thisdefinitionreflectsthehistoryofthermodynamicsasearlyworkinthefieldwasassociatedwiththedevelopmentandstudyofsteamengines.Thisdefinitionunfortunatelydoesn’treallyt

3、ellusmuchaboutthesubject,nordoesitconveythatthermodynamicsisoneofthemostbasicscienceswithapplicationsinallfieldsofengineeringandscience.热力学（thermodynamics）最初因研究热和机械功相互转化的关系而得名；进而发展成从能量观点研究物质的热性质和热运动，以及建立有关平衡的一般规律的科学。热力学是研究物质体系的能量及其转换的科学。Thermodynamic

4、sisthefieldofsciencethatdealswithenergyanditstransformations.一种观点：平衡态热力学(体系的热力学力和流均为0)重新命名为“热静力学（Thermostatics）非平衡态热力学(涉及体系的热力学力和流)才是名副其实的“热力学（Thermodynamics）－Kinetics1.1.2Kinetics热力学（Thermodynamics）:研究过程的可能性。动力学（Kinetics）:过程变化速率和变化机理，即过程的现实性。任何一个体系，

5、热力学、动力学和物质结构三方面不是彼此孤立而是密切联系的。动力学比热力学要复杂的多，许多领域未开发，研究也极活跃。1.1.3.热力学发展史一门科学的历史，是那门科学中最宝贵的一部分，科学只能给我们知识，而历史却给我们智慧。(启示科学研究方法，培养创新思维能力)人类很早就对热有所认识，并加以应用。但是将热力学当成一门科学且有定量的研究，则是由17世纪末开始的，就是在温度计的制造技术成熟以后，才真正开启了对热力学的研究。1.1.3.热力学发展史热力学发展史，基本上就是热力学与统计力学的发展史，约可分

6、成四个阶段：第一个阶段：17世纪末到19世纪中叶此时期累积了大量的实验与观察的结果，并制造出蒸气机，对于“热(Heat)”的本质展开研究与争论，为热力学的理论建立作好了热身。在19世纪前半叶，首先出现了卡诺理论，热机理论(第二定律的前身)和功热互换的原理(第一定律的基础)。这一阶段的热力学还留在描述热力学的现象上，并未引进任何的数学算式。第二个阶段：19世纪中到19世纪70年代末此阶段热力学的第一定律和第二定律已完全理论化。由于功热互换原理建立了热力学第一定律，由第一定律和卡诺理论的结合，导致热

7、力学第二定律的成熟。第三个阶段：19世纪70年末到20世纪初这个时间内，首先由波尔兹曼将热力学与分子动力学的理论结合，而导致统计热力学的诞生，同时他也提出非平衡态的理论基础，至20世纪初吉布斯(Gibbs)提出系统理论建立统计力学的基础。第四个阶段：20世纪30年代到今主要是量子力学的引进而建立了量子统计力学，同时非平衡态理论更进一步的发展，形成了近代理论与实验物理学中最重要的一环。1.1.4.热力学分类三类：平衡态热力学(可逆过程热力学、经典热力学)统计热力学非平衡态热力学（线性、非线性非平衡

8、）经典热力学研究的对象是平衡态，面对许多自然现象和社会现象的非平衡态，它显得有些不足，所以对非平衡态热力学的研究就尤为重要．1.1.5.热力学的普适性热力学的主要基础是热力学第一定律及第二定律，它们是人类长期实践的经验总结。热力学具有一定的普适性，它的概念和方法可以应用于一切科学（物理学、化学、生物学）与工程领域，甚至宇宙学和社会科学(包括宗教)。代表性的有工程热力学、化学热力学（物理化学）以及材料热力学等。工程热力学:应用于机械化学热力学:应用于化学现象或与化学有关的物理现象材料热力学:在引述