热力学统计物理——第1章(热力学的基本规律)

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1、第1章热力学的基本规律1.1热力学系统的平衡状态及描述1.2热平衡定律和温度1.3物态方程1.4热力学第一定律和内能1.5热力学第二定律的文字叙述1.6熵和热力学第二定律的数学表示1.7熵增加原理及其简单应用一、热力学系统二、热力学平衡态三、状态参量1.1热力学系统的平衡状态及描述返回由大量微观粒子（分子、原子等）组成并作为我们的宏观物质系统研究对象叫热力学系统，与系统发生相互作用的其他物体叫外界。孤立系统：与外界无物质和能量交换和其他作用的系统；封闭系统：与外界无物质交换但有能量交换的系统；开放系统：与外界有物质交换和能量交换的系统。一、热力学系统返回对孤立系统，经过长时间后系统宏观

2、性质不随时间而变化的状态叫热力学平衡态。热力学平衡态的特点⑴这是一种热动平衡；⑵描述热力学平衡态的宏观量（称宏观参量）的个数最少。⑶平衡态可以用p-V图或V-T、p-T图中一个点表示。二、热力学平衡态返回热力学平衡态可以用数目最少的一些宏观物理量（用实验可直接测量的量）来表示。能完全描述系统平衡态性质的、彼此独立的物理量叫状态参量。状态参量分类：（1）按描述的性质分类（2）按该量是否具有可加性分类三、状态参量返回（1）按描述的性质分类返回几何参量（如体积）力学参量（如压强）化学参量（如摩尔数）电磁参量（如电场强度、电极化强度等）热学参量（如温度）广延量：具有可加性的量（如体积、质量）强

3、度量：不具有可加性的量（如压强、温度、质量密度等）V1、M1P1、T1、ρ1V2、M2P2、T2、ρ2V=V1+V2M=M1+M2（广延量）P≠p1+p2Ρ≠ρ1+ρ2（强度量）图1.1.1（2）按该量是否具有可加性分类返回本节应重点掌握：（1）热平衡定律的文字叙述、数学表示、使用条件和重要性：（2）温度的概念以及几种温标。一、热平衡定律二、温度和温标⒈2热平衡定律和温度返回1、文字叙述2、数学表示3、适用范围和重要性一、热平衡定律返回1、文字叙述如果两个物体（如A和B）都与第三个物体（如C）达到热平衡，则它们彼此处于热平衡。返回若A与C达到热平衡，即它们的状态参量PA、VA、PC、V

4、C之间满足：（1）若B与C达到热平衡，即满足：若A与B达到热平衡，即满足：2、数学表示（2）（3）返回适用范围：只对由大量微观粒子组成的且在时间、空间上有限的宏观系统重要性：该定律定义了温度，为制造温度计和比较温度的高低提供了理论根据3、适用范围和重要性返回1、温度2、温标二、温度和温标返回温度是反映两物体处于热平衡的性质的函数。温度的微观定义：温度是表征组成系统的微观粒子无规则运动剧烈程度的物理量。1、温度返回温度的数值表示叫温标。①经验温标：②理想气体温标（温度为T、单位K)定义：③热力学温标[温度T，单位（开尔文）K]：由热机率定义适用于10-4K→104K的温度范围在理想气体温

5、标使用范围内，它与理想气体温标一致2、温标摄氏温标（t）单位：0C华氏温标（F）单位：0F返回一、物态方程的概念二、气体物质的物态方程三、简单固体和液体的物态方程四、其它物质体系的物态方程1.3物态方程返回物体处于平衡态时，各状态参量与温度之间所满足的数学关系式叫物态方程。对简单系统状态方程为：一、物态方程的概念（1）状态方程的确定方法：（1）实验方法（2）理论方法返回直接测量或应用实验可直接测量的量，根据热力学关系导出：定压膨胀系数α（2）压强系数β等温压缩系数KT三者关系（1）实验方法返回（3）（4）（5）依据具体物质的性质，建立微观模型，应用统计物理理论导出。（2）理论方法返回1

6、、理想气体物态方程2、范德瓦尔气体状态方程3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程二、气体物质的物态方程返回根据玻马定律、阿伏伽德罗定理和理想气体温标的定义导出：（6）设系统质量为M，摩尔质量为μ，则n=M/μ。（6）式可写为：（7）设总分子为N，利用摩尔数n=N/N0，可写为：（8）1、理想气体物态方程返回适用条件（1）无外场（不考虑重力等）作用下的理想气体；（2）大量粒子构成的系统且是惯性系；（3）系统处于平衡态；（4）温度不太低和不太高范德瓦尔气体的微观模型叫刚球引力模型（9）其中：b约为1mol气体分子刚球体积的4倍；而a为与引力有关的常数。2、范德瓦尔气体状态方程返回（10

7、）（1mol）（nmol）（11）B（T）、C（T）······分别叫第二、三、······维里系数3、普遍情况的实际气体状态方程为昂尼斯方程返回同除V得到对固体和液体，α、KT很小，并假定为常数，将上式积分并作级数展开，取近似（12）三、简单固体和液体物态方程返回令V=V（T，P）进行微分，并利用定义式（2）、（3）得到1、顺磁固体（13）2、表面系统表面张力系数σ只与温度有关：四、其它物质体系的物态方程（T0是临界温度）返回磁化强度一、准静