热力学统计物理教案.ppt

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1、教材:《热力学统计物理》汪志诚编（第四版）参考书:《热力学简程》王竹溪编《统计物理导论》王竹溪编《热力学与统计物理》马本堃编《统计物理学》苏汝铿编《统计物理现代教程》（上）雷克著　黄昀译《热力学系统理论》崔海宁编绪论热力学和统计物理的研究对象：研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响。热力学：宏观理论统计物理：微观理论。统计物理的基本思想是宏观量是微观量的统计平均值。第一章热力学函数及其应用第一节热力学系统的平衡状态及其描述一、系统1、孤立系（N、V、E）2、闭系（N、V、T）3、开系（T、V、µ）二、平衡状态1、定义：一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时

2、间后，系统的各种宏观性质在长时间内不发生任何变化。2、特征：弛豫时间，热动平衡，涨落3、描述：用于描述处于平衡态下热力学系统宏观性质的独立宏观参量。三、准静态过程：过程进行得非常缓慢，系统在过程中经历的每一个状态都可视为平衡态第二节热力学基本定律一、热平衡定律（热力学第零定律）如果两个物体各自与第三个物体达到热平衡，它们彼此也必处在热平衡。二、热力学第一定律：系统在终态和初态的内能之差等于在过程中外界对系统所作的功与系统从外界吸收的热量之和。适用于非静态三、热力学第二定律克氏表述：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其它变化。开氏表述：不可能从单一热源吸热使之完全变成

3、有用的功而不引起其它变化。四、可逆过程：无摩擦的准静态过程不可逆过程：一切与热现象有关的实际过程第三节焓、熵、自由能和吉布斯函数熵增加原理一、焓二、熵三、熵增原理：系统经可逆绝热过程后熵不变，经不可逆绝热过程后熵增加，在绝热条件下熵减少的过程是不可能实现的。四、自由能五、吉布斯函数第四节热力学基本方程内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分第五节麦氏关系的推导一、麦氏关系二、麦氏关系的简单应用体胀系数压强系数等温压缩系数作业：P471.1,1.7,P732.5第六节气体的节流过程和绝热膨胀过程一、节流过程1、节流过程：焦耳-汤姆孙效应2、节流结果：气体温度发生了变化3、理论分析

4、焦汤系数二、气体的绝热膨胀第七节基本热力学函数的确定特性函数基本热力学函数即物态方程、内能和熵这三个函数与状态参量的函数关系。特性函数：由一个函数就可以通过求偏导数而求得均匀系统的全部热力学函数。第八节热辐射的热力学理论一、空腔辐射：如果物体对电磁波的吸收和辐射达到平衡，电磁辐射的特性将只取决于物体的温度，与物体的其它性质无关。(平衡辐射)1、空腔辐射的能量密度和能量密度按频率的分布只可能是温度的函数。即2、空腔辐射的热力学函数由二、黑体辐射斯特藩-玻耳兹曼定律1、绝对黑体：如果一个物体在任何温度下都能够把投射到它上面的任何频率的电磁波全部吸收，这物体就是绝对黑体。2、辐射

5、通量密度：单位时间内通过单位面积向一侧辐射的总辐射能量。作业：P74-75，2.6，2.15第九节磁介质的热力学一、基本热力学方程二、磁介质的麦氏关系三、绝热去磁致冷第二章相平衡第一节热动平衡判据一、熵判据1、熵增原理2、熵判据：如果孤立系统已经达到了熵为极大的状态，就不可能再发生任何宏观的变化，系统就达到了平衡态。即一个系统在体积、内能不变的情形下，对于各种可能的虚变动，平衡态的熵最大。孤立系统处在平衡状态的必要和充分条件为3、熵判据的数学表达式二、自由能判据1、判据：一个系统在温度、体积不变的情形下，对于各种可能的虚变动，平衡态的自由能最小。即等温等容系统处在稳定平衡状

6、态的必要和充分条件为2、自由能判据的数学表达式三、吉布斯函数判据1、判据：一个系统在温度、压强不变的情形下，对于各种可能的虚变动，平衡态的吉布斯函数最小。即等温等压系统处在稳定平衡状态的必要和充分条件为2、吉布斯函数判据的数学表达式作业：P75,2.19P106,3.1四、均匀系统的热动平衡条件和平衡的稳定性条件1、热动平衡条件2、平衡的稳定性条件第二节开系的热力学基本方程特性函数化学势等于摩尔吉布斯函数第三节单元系的复相平衡条件一、单元两相系的平衡条件二、单元复相系平衡的稳定性条件*第四节液滴的形成一、液滴与蒸汽的平衡二、液滴的形成第五节相变的分类---------爱伦费

7、斯特理论1、一级相变：在相变点两相的化学势连续，但化学势的一阶偏导数存在突变。一级相变存在相变潜热和比容突变2、二级相变：在相变点两相的化学势和化学势的一级偏导数连续，但化学势的二级偏导数存在突变。二级相变没有相变潜热和比容突变，但存在定压比热、体胀系数和等温压缩系数的突变。二级相变点压强随温度变化的斜率公式------爱伦费斯特方程，3、n级相变：在相变点两相的化学势和化学势的一阶、二阶、------（n-1)阶偏导数连续，但化学势的n阶偏导数存在突变。作业：P107,3.16